Тройная точка. Диаграмма состояния

Возьмем вещество в виде жидкости и находящегося с ней в рав­новесии насыщенного пара и, не изменяя объема, станем отнимать от него тепло. Этот процесс будет сопровождаться понижением температуры вещества и соответствующим уменьшением давления. Поэтому точка, изображающая состояние вещества на диаграмме р, Т, перемещается вниз по кривой испа­рения (рис.7.16). Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута тем­пература кристаллизации вещества, от­вечающая равновесному значению дав­ления. Обозначим эту температуру T_тр. Все время, пока идет процесс кристал­лизации, температура и давление остаются неизменными. Отводимое при этом тепло представляет собой тепло, выделяющееся при кристаллизации.

Температура T_тр и соответствующее ей равновесное давление р_тр — единст­венные значения температуры и давления, при которых могут нахо­диться в равновесии три фазы вещества: твердая, жидкая и газооб­разная. Соответствующая точка на диаграмме р, Т называется тройной точкой. Таким образом, тройная точка опре­деляет условия, при которых могут находиться в равновесии одновременно три фазы вещества.

По окончании процесса кристаллизации в равновесии будут на­ходиться твердая и газообразная фазы. Если продолжать отнимать от вещества тепло, то температура снова начнет понижаться. Соот­ветственно уменьшается давление паров, находящихся в равновесии с кристаллической фазой. Точка, изображающая состояние ве­щества, перемещается вниз по кривой сублимации.

Температура тройной точки есть температура, при которой пла­вится вещество, находясь под давлением, равным р_тр. При других давлениях температура плавления будет иной. Связь между давле­нием и температурой плавления изобразится кривой плавления, начинающейся в тройной точке. Таким образом, тройная точка ока­зывается лежащей на пересечении трех кривых, определяющих усло­вия равновесия двух фаз: твердой и жидкой, жидкой и газообраз­ной и, наконец, твердой и газообразной.

Кривые плавления, испарения и сублимации разбивают коорди­натную плоскость на три области. Слева от кривых сублимации и плавления лежит область твердой фазы, между кривыми плавления и испарения заключена область жидких состояний и, наконец, спра­ва от кривых испарения и сублимации простирается область газо­образных состояний вещества. Любая точка в одной из этих областей изображает соответствующее однофазное состояние вещества (все время имеются в виду только равновесные состояния). Всякая точка, лежащая на одной из разграничивающих области кривых, изображает состояние равно­весия двух соответствующих фаз вещества. Тройная точка изобра­жает состояние равновесия всех трех фаз. Таким образом, каждая точка на диаграмме изображает определенное равновесное состоя­ние вещества. Поэтому ее называют диаграммой состоя­ния.

Для вещества с несколькими кристаллическими модификациями диаграмма состояния имеет более сложный характер. На рис.7.17 изображена диаграмма для случая, когда число различных кри­сталлических модификаций равно двум. В этом случае имеются две тройные точки. В точке Тр. в равновесии находятся жидкость, газ и первая кристаллическая модификация вещества, в течке Тр'. на­ходятся в равновесии жидкость и обе кристаллические моди­фикации.