O fază este starea de echilibru termodinamic a unei substanțe care diferă în proprietățile fizice de alte stări posibile de echilibru ale aceleiași substanțe. Trecerea materiei de la o fază la alta - o tranziție de fază - este întotdeauna asociată cu schimbări calitative în proprietățile corpului. Un exemplu de tranziții de fază poate servi ca schimbări în starea agregată. Dar conceptul de "tranziție de fază" este mai larg, deoarece include și trecerea materiei de la o modificare la alta, menținând în același timp starea agregată (polimorfism). Un exemplu este transformarea unui diamant în grafit. Există două tipuri de tranziții de fază.
O tranziție de fază de ordinul întâi este însoțită de absorbția sau eliberarea căldurii, o schimbare a volumului și se realizează la o temperatură constantă. Exemple: topire, cristalizare, evaporare, sublimare, etc.
Tranzițiile de fază ale celui de-al doilea tip au loc fără eliberarea sau absorbția căldurii, păstrând în același timp mărimea volumului, dar printr-o schimbare de jumătate în capacitatea de căldură. Exemple: trecerea mineralelor feromagnetice la anumite presiuni și temperaturi până la starea paramagnetică (fier, nichel); trecerea unor metale și aliaje la o temperatură apropiată de 0 K în starea superconductoare (ρ = 0 Ωm), etc.
Pentru o substanță chimică omogenă, conceptul de fază coincide cu conceptul de stare agregată. Să luăm în considerare transformările de fază pentru un astfel de sistem, folosind din motive de claritate diagrama de fază (figura 2). Pe acesta în coordonatele P și T este dată relația dintre temperaturile tranzițiilor de fază și presiune. Aceste dependențe sunt sub forma curbelor de evaporare (OI), a curbelor de topire (OP) și a sublimării (OC) și formează o diagramă de stare.
Punctul O al intersecției curbelor determină condițiile (T și P) atunci când toate cele trei stări agregate ale substanței sunt în echilibru termodinamic. Din acest motiv, se numește un punct triplu. De exemplu, punctul triplului apei este unul dintre punctele de referință (0 0 C) ale scalei de temperatură Celsius. După cum rezultă din ecuația Clapeyron - dependența Clausius T = f (F) a tranziției solide - substanțe lichide, care la trecerea la faza lichidă crește volumul (apă, germaniu, fier), 2a și substanțele care se caracterizează prin reducerea volum, fig. 2b - diferite.
Curba de evaporare se termină la punctul critic-K. După cum se poate vedea din diagramă, există posibilitatea unei tranziții continue a lichidului în faza gazoasă fără a trece linia de evaporare, adică fără tranziții de fază inerente unei astfel de tranziții.
La o presiune mai mică, P este un punct triplu, substanța poate exista numai în două faze: solidă și gazoasă. Și, la temperaturi mai mici decât T.p. , este posibil să treceți de la o stare solidă la un gaz care ocolește faza lichidă. Un astfel de proces se numește sublimare sau sublimare. Căldură specifică de sublimare
PROPRIETĂȚI TERMICE ALE ORGANELOR SOLIDE.
Mișcarea termică în cristale datorită interacțiunii puternice este limitată numai de vibrațiile particulelor din apropierea nodurilor rețelei cristaline. Amplitudinea acestor oscilații, de regulă, nu se transformă în 10 -11 m, adică este de numai 5-7% din perioada de zăbrere de-a lungul direcției corespunzătoare. Natura acestor oscilații este foarte dificilă, deoarece este determinată de forțele de interacțiune ale particulei oscilante cu toți vecinii săi.
Creșterea temperaturii înseamnă o creștere a energiei de mișcare a particulelor, care la rândul său înseamnă o creștere a amplitudinii oscilațiilor particulelor, ceea ce explică extinderea solidelor cristaline la încălzire.
Fiecare particulă care efectuează vibrații are trei grade de libertate de mișcare oscilantă. Având în vedere că, pe lângă energia cinetică, particulele au de asemenea o potențială energie per, un grad de libertate ar trebui să fie atribuit energiei ε: = kT. Acum, pentru energia interioară a rugăciunii, vom avea:
dar pentru capacitatea de căldură molară:
Ie Capacitatea de căldură molară a corpurilor cristaline simple din punct de vedere chimic este aceeași și nu depinde de temperatură - legea Dulong-Petit.
După cum a arătat experimentul, această lege se realizează destul de bine pornind de la temperatura camerei (figura 3). Explicațiile pentru abaterile de la legea Dulong-Petit la temperaturi scăzute au fost date de Einstein și Debye în teoria cuantică a capacității de căldură. Sa arătat că energia care se încadrează pe un anumit grad de libertate nu este o constantă, ci depinde de temperatura și frecvența oscilațiilor.
Există două caracteristici care sunt cristale clasificate: a) cristalografice - geometria rețelei cristaline și b) fizice - natura interacțiunii particulelor situate în rețeaua cristalină și natura acestora.
Cea mai importantă proprietate geometrică a laturilor cristaline și a celulelor lor elementare este simetria cu privire la anumite direcții și planuri. Numărul de forme posibile de simetrie este limitat. Cristalograful rus E.S. Fedorov (1853 - 1919) a arătat că există doar 230 de combinații posibile ale elementelor de simetrie, care prin translație paralelă, rotire și reflecție oferă o densă, adică fără goluri și sloturi, împachetarea celulelor elementare în spațiu. Bravais a arătat că există doar 14 tipuri de grătare care diferă sub formă de simetrie portabilă. Există laturi primitive (simple), centrale centrate pe centru și orientate spre centru Bravais. Forma celulei în funcție de unghiurile dintre fețele sale a, β și γ și raportul dintre lungimile marginilor a, b și c, aceste 14 tipuri de zăbrele formează șapte sisteme cristaline (syngonies): cubi, o hexagonal, tetragonale, trigonale sau romboedrale, ortorombic, monoclinic și trigonal.
Prin natura interacțiunii particulelor localizate la nodurile rețelei cristaline și a naturii acestora, cristalele sunt împărțite în patru tipuri: ionice, atomice, metalice și moleculare
Ionic - în nodurile rețelei cristaline există ioni de semne opuse; interacțiunea se datorează forțelor electrostatice de atracție (legătura ionică sau heteropolară).
Atomic - în nodurile rețelei cristaline există atomi neutri, care sunt ținute în noduri de legături covalente sau homopolar.
Metal - în nodurile rețelei cristaline există ioni metalici pozitivi; forme electronice libere, așa-numitul gaz de electroni, care asigură legătura dintre ioni.
Moleculara - in cristalin punctele zabrele sunt aranjate molecule neutre, forța de interacțiune între ele din cauza o ușoară deplasare a norului de electroni unui atom (sau polarizarea van der Waals).
PROPRIETĂȚI MECANICE ALE ORGANELOR SOLIDE.
Toate corpurile reale sub influența forțelor externe își schimbă forma și dimensiunea, adică deformate. Forțele deformante sunt numite sarcini. Dacă, după înlăturarea încărcăturii, corpul își asumă dimensiunile și forma originală, atunci deformarea se numește elastic. Dacă dimensiunile și forma sunt restaurate doar parțial, atunci o astfel de deformare se numește plastic.
Prin metoda aplicării sarcinii se disting deformările: comprimarea, întinderea, torsiunea, îndoirea și forfecarea. Măsura cantitativă a forței deformante (sarcină) este efortul mecanic: σ = F / S, [σ] = H / m 2 = Pa. Deformarea este caracterizată de magnitudinea deformării absolute Δl = l2 - l1 și de mărimea deformării relative ε = Δl / l1. Fizicianul englez R. Guk (1635-1703) a stabilit experimental că pentru deformările elastice σ = Eε. Aici coeficientul de proporționalitate E (modul Young) este caracteristica proprietăților elastice ale materialului. Sensul fizic al acestei cantități este valoarea stresului mecanic, care dublează dimensiunile geometrice ale corpului
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: