Фазовый переход как равновесие растворов



Скачать 28.66 Kb.
Дата04.01.2013
Размер28.66 Kb.
ТипДокументы


В.В. НЕЧАЕВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД КАК РАВНОВЕСИЕ РАСТВОРОВ
Развитие идеи Гиббса о «твердых телах, содержащих жидкости», приводит к трактовке фазовых переходов как последовательности растворов и дополняет
физический смысл их классификации по Эренфесту.
Развивается идея Гиббса о равновесии жидкой и твердой фаз как состоянии «твердого тела, содержащего жидкость» [1]. Трактовка границ зерен как жидкой псевдофазы внутри поликристаллов типично и для физического металловедения [2]. Гиббс исследовал сложнонапряженное состояние твердого тела, возникающее из-за наличия в нем распределенных равновесных включений второй (жидкой) фазы конечного размера. С учётом атомной структуры вещества, нижней (не термодинамической) логической границей включений вещества во втором состоянии будет атом, молекула или, скорее, кластер. Поэтому в пределе рассмотрение равновесия одного вещества в двух фазовых состояниях по Гиббсу – это рассмотрение раствора кластеров в матрице.

К этому же физическому результату приводит и обобщение термодинамического описания непрерывного равновесия конденсированная фаза – пар на возможность равновесия двух конденсированных модификаций вещества. Равновесие конденсированной фазы с ее паром реализуется при любой температуре за счет зависимости химического потенциала  пара от его давления р : . А равновесие твердое – жидкость принято рассматривать только в температурной точке: . Т.е. фактически постулируется, что до Тпл реализуется состояние только твердого тела с идеальной структурой, которое скачком переходит в полностью неупорядоченную жидкость.

Однако в кристаллах всегда имеются собственные равновесные точечные дефекты, хаотически распределенные по объему. Такое локальное нарушение дальнего порядка приближает твердое состояние к жидкому. Поэтому, можно рассматривать несовершенный кристалл как однокомпонентный раствор «твердое – жидкость». Т.е., внутри твердого тела допустимо существование одного вещества одновременно в двух различных, но равновесных формах, причем при любой температуре. Поэтому условие равновесия внутри твердого тела следует записывать:

(1)

где  (Т, х) – коэффициент активности, зависящий как от температуры, так и от концентрации псевдожидкости х.

Обсуждаемое второе, неупорядоченное, состояние вещества не является фазовым состоянием в строгом термодинамическом смысле, ибо не имеет физической границы раздела.
Оно соответствуют гомогенному сосуществованию различных химических форм, а уравнение (1) описывает непрерывное квазихимическое равновесие типа порядок-беспорядок, т.е. фактически фазовый переход II рода. К фазовым переходам I рода уравнение (1) применимо только когда механические напряжения, создаваемые дефектами, меньше некоторого критического значения. Сам же фазовый переход I рода можно трактовать как скачкообразное механическое разрушение кристаллической решетки из-за накопления дефектов.

Исходя из (1), химический потенциал всей системы с фазовым переходом описывается гладкой функцией температуры и концентрации:



неоднократно непрерывно дифференцируемой во всем интервале температур. Этот факт требует уточнения принятой формально-математической классификации фазовых переходов П.Эренфеста [3], рассматривавшего потенциал системы как кусочно-гладкую функцию только температуры.

Логично считать за фазовый переход I рода скачкообразное изменение симметрии структуры самой матрицы, требующее значительных энергетических затрат. Переходы высших порядков – это плавные малоэнергетические процессы внутри матрицы с неизменной кристаллической структурой, обусловленные: а) изменением расположения разнородных атомов с сохранением симметрии кристаллов (упорядочение растворов – фазовый переход II рода); б) изменением состояния электронов: валентных – из-за распада бозе-пар (сверхпроводимость); внутренних – из-за изменения ориентации спинов, электрических моментов (магнетизм, пьезоэлектричество и др.), которые можно трактовать как фазовые переходы III рода.
Список литературы
1. Гиббс Дж.В. Термодинамические работы. М.-Л.: Гостехиздат. 1950. С.492.

2. Chalmers B. Physical Metallurgy. Wiley&Sons, New York-London. 1961. Р.455.

3. Ehrenfest P. Leiden Commen. S.75. 1933.



Похожие:

Фазовый переход как равновесие растворов iconУрок 29. Ответы Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная
...
Фазовый переход как равновесие растворов iconФазовый переход и Дилатансия в Эксгаляции радона

Фазовый переход как равновесие растворов iconМикроэкономика: инновационные аспекты. Глава Рыночный механизм и особенности его функционирования
...
Фазовый переход как равновесие растворов iconФазовый переход при образовании солитонов и трансформации замкнутой системы термодинамики в открытую систему

Фазовый переход как равновесие растворов iconФазовый переход
В данной главе рассматриваются основы теплового анализа с учетом фазового перехода. Обсуждаются следующие вопросы
Фазовый переход как равновесие растворов iconПроцЕссы диссоциации и дисоциативный фазовый переход в плотном водороде
Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и утс, 14 – 18 февраля 2011 г
Фазовый переход как равновесие растворов iconУравнения Эренфеста
Поскольку в данном случае претерпевают разрыв первые производные от химического потенциала (соответственно, и от других термодинамических...
Фазовый переход как равновесие растворов iconРасчеты термодинамических свойств плотной водородной плазмы квантовым методом монте-карло
Аналогичный фазовый переход с ростом проводимости наблюдается экспериментально в электронно-дырочной плазме полупроводников при низких...
Фазовый переход как равновесие растворов iconФазовые переходы в облученных аморфных
Такой фазовый переход аналогичен переходу через точку стеклования. Обсуждаются возможные механизмы возникновения особых структурных...
Фазовый переход как равновесие растворов iconЛекция №1 Введение Фазовый переход жидкость-пар
Вы знаете, что двухфазное состояние имеет место в любой точке кривых сосуществования, но при этом невозможно сказать, сколько жидкости...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org