जल की स्थिति का आरेख. एकल-घटक प्रणालियाँ पानी की कोई संतुलन अवस्था नहीं

तापमान और दबाव की एक विस्तृत श्रृंखला में पानी की स्थिति का अध्ययन किया गया है। उच्च दबाव पर, बर्फ के कम से कम दस क्रिस्टलीय संशोधनों का अस्तित्व स्थापित किया गया है। सबसे अधिक अध्ययन बर्फ I का है - प्रकृति में पाया जाने वाला बर्फ का एकमात्र संशोधन।

किसी पदार्थ के विभिन्न संशोधनों की उपस्थिति - बहुरूपता - राज्य आरेखों की जटिलता की ओर ले जाती है।

निर्देशांक में पानी का चरण आरेख आर - टीचित्र 15 में प्रस्तुत किया गया है। इसमें 3 शामिल हैं चरण फ़ील्ड- विभिन्न के क्षेत्र आर, टी- वे मान जिन पर पानी एक निश्चित चरण के रूप में मौजूद होता है - बर्फ, तरल पानी या भाप (चित्र में क्रमशः एल, एफ और पी अक्षरों द्वारा दर्शाया गया है)। ये चरण क्षेत्र 3 सीमा वक्रों द्वारा अलग किए गए हैं।

वक्र AB - वाष्पीकरण वक्र, निर्भरता को व्यक्त करता है तापमान से तरल पानी का वाष्प दबाव(या, इसके विपरीत, बाहरी दबाव पर पानी के क्वथनांक की निर्भरता का प्रतिनिधित्व करता है)। दूसरे शब्दों में, यह रेखा दो-चरण से मेल खाती है संतुलन।

तरल पानी ↔ भाप, और चरण नियम द्वारा गणना की गई स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या है साथ= 3 – 2 = 1. यह संतुलन कहलाता है मोनोवेरिएंट. इसका मतलब यह है कि सिस्टम के संपूर्ण विवरण के लिए केवल यह निर्धारित करना ही पर्याप्त है एक चर- या तो तापमान या दबाव, क्योंकि किसी दिए गए तापमान के लिए केवल एक संतुलन दबाव होता है और किसी दिए गए दबाव के लिए केवल एक संतुलन तापमान होता है।

रेखा AB के नीचे के बिंदुओं के अनुरूप दबाव और तापमान पर, तरल पूरी तरह से वाष्पित हो जाएगा, और यह क्षेत्र वाष्प का क्षेत्र है। किसी दिए गए एकल-चरण क्षेत्र में एक प्रणाली का वर्णन करने के लिए, दो स्वतंत्र चर की आवश्यकता होती है: तापमान और दबाव ( साथ = 3 – 1 = 2).

रेखा AB के ऊपर बिंदुओं के अनुरूप दबाव और तापमान पर, वाष्प पूरी तरह से तरल में संघनित हो जाता है ( साथ= 2). वाष्पीकरण वक्र AB की ऊपरी सीमा बिंदु B पर है, जिसे क्रांतिक बिंदु कहा जाता है (पानी के लिए 374.2ºС और 218.5 एटीएम.). इस तापमान से ऊपर, तरल और वाष्प चरण अप्रभेद्य हो जाते हैं (तरल/वाष्प इंटरफ़ेस गायब हो जाता है)। एफ = 1.

लाइन एसी - यह बर्फ उर्ध्वपातन वक्र (कभी-कभी उर्ध्वपातन रेखा भी कहा जाता है), निर्भरता को दर्शाता है तापमान पर बर्फ के ऊपर जलवाष्प का दबाव. यह रेखा मोनोवेरिएंट संतुलन बर्फ ↔ भाप से मेल खाती है ( साथ= 1). एसी रेखा के ऊपर बर्फ क्षेत्र है, नीचे भाप क्षेत्र है।

रेखा AD - पिघलने वाला वक्र, निर्भरता को व्यक्त करता है बर्फ पिघलने का तापमान बनाम दबावऔर मोनोवेरिएंट संतुलन बर्फ ↔ तरल पानी से मेल खाता है। अधिकांश पदार्थों के लिए, AD रेखा ऊर्ध्वाधर से दाईं ओर भटकती है, लेकिन पानी का व्यवहार असामान्य है: तरल पानी बर्फ की तुलना में कम मात्रा में रहता है। दबाव में वृद्धि से तरल के निर्माण की ओर संतुलन में बदलाव आएगा, यानी हिमांक कम हो जाएगा।

उच्च दबाव पर बर्फ के पिघलने की अवस्था को निर्धारित करने के लिए ब्रिजमैन द्वारा किए गए अध्ययनों से यह सब पता चला है मौजूदा बर्फ के क्रिस्टलीय संशोधन, पहले को छोड़कर, पानी से सघन होते हैं। इस प्रकार, AD रेखा की ऊपरी सीमा बिंदु D है, जहां बर्फ I (साधारण बर्फ), बर्फ III और तरल पानी संतुलन में सह-अस्तित्व में हैं। यह बिंदु -22ºС और 2450 पर स्थित है एटीएम.

चावल। 15. जल का चरण आरेख

पानी के उदाहरण का उपयोग करते हुए, यह स्पष्ट है कि चरण आरेख हमेशा उतना सरल नहीं होता जितना चित्र 15 में दिखाया गया है। पानी कई ठोस चरणों के रूप में मौजूद हो सकता है, जो उनकी क्रिस्टल संरचना में भिन्न होता है (चित्र 16 देखें)।

चावल। 16. दबाव मानों की एक विस्तृत श्रृंखला पर पानी का विस्तारित चरण आरेख।

हवा की अनुपस्थिति में पानी का त्रिगुण बिंदु (एक बिंदु जो तीन चरणों - तरल, बर्फ और भाप के संतुलन को दर्शाता है) 0.01ºС पर स्थित है ( टी = 273,16क) और 4.58 एमएमएचजी. स्वतंत्रता की कोटियों की संख्या साथ= 3-3 = 0 और ऐसे संतुलन को अपरिवर्तनीय कहा जाता है।

वायु की उपस्थिति में, तीनों चरण 1 पर संतुलन में होते हैं एटीएम. और 0ºС ( टी = 273,15क). वायु में त्रिक बिंदु में कमी निम्नलिखित कारणों से होती है:

1. तरल पानी में हवा की घुलनशीलता 1 एटीएम, जिससे त्रिक बिंदु में 0.0024ºС की कमी आती है;

2. 4.58 से दबाव में वृद्धि एमएमएचजी. 1 तक एटीएम, जो त्रिक बिंदु को 0.0075ºС से कम कर देता है।

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भौतिक रसायन विज्ञान रासायनिक और भौतिक घटनाओं के बीच संबंधों का अध्ययन करता है। रसायन विज्ञान का यह खंड रसायन विज्ञान और भौतिकी के बीच की सीमा रेखा है। सैद्धांतिक और प्रायोगिक तरीकों का उपयोग करना

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शब्द "भौतिक रसायन विज्ञान" और इस विज्ञान की परिभाषा सबसे पहले एम.वी. लोमोनोसोव ने दी थी, जिन्होंने 1752-1754 में। विज्ञान अकादमी के छात्रों को भौतिक रसायन विज्ञान में एक पाठ्यक्रम पढ़ाया और इस पाठ्यक्रम की पांडुलिपि "वीवे" छोड़ दी

ऊर्जा। ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम
पदार्थ का एक अभिन्न गुण (विशेषता) गति है; यह पदार्थ की तरह ही अविनाशी है। पदार्थ की गति विभिन्न रूपों में प्रकट होती है, जो एक-दूसरे में परिवर्तित हो सकती है। चालों को मापें

ऊष्मागतिकी का विषय, विधि और सीमाएँ
विभिन्न प्रकार की प्रक्रियाओं में ऊर्जा हस्तांतरण के रूपों के रूप में, गर्मी और काम पर अपना ध्यान केंद्रित करते हुए, थर्मोडायनामिक्स अपने विचार के दायरे में कई ऊर्जा निर्भरताओं को शामिल करता है।

ऊष्मा और कार्य
एक शरीर से दूसरे शरीर में संक्रमण के दौरान गति के रूपों में परिवर्तन और ऊर्जा के तदनुरूप परिवर्तन बहुत विविध होते हैं। गति के संक्रमण के रूप और उससे जुड़े ऊर्जा परिवर्तन

गर्मी और काम की समानता
गर्मी और काम के बीच उनके पारस्परिक संक्रमण के दौरान निरंतर समतुल्य संबंध डी.पी. जूल (1842-1867) के शास्त्रीय प्रयोगों में स्थापित किया गया था। एक विशिष्ट जूल प्रयोग इस प्रकार है (

आंतरिक ऊर्जा
एक गैर-परिपत्र प्रक्रिया के लिए, समानता (I, 1) संतुष्ट नहीं है, क्योंकि सिस्टम अपनी मूल स्थिति में वापस नहीं आता है। इसके बजाय, एक गैर-परिपत्र प्रक्रिया के लिए समानताएं लिखी जा सकती हैं (गुणांक को छोड़कर)।

ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम
ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम (पहला नियम) सीधे तौर पर ऊर्जा संरक्षण के नियम से संबंधित है। यह आपको रासायनिक सहित विभिन्न प्रक्रियाओं के दौरान ऊर्जा संतुलन की गणना करने की अनुमति देता है

राज्य के समीकरण
संतुलन में किसी प्रणाली के कई गुण और उसके घटक चरण एक दूसरे पर निर्भर होते हैं। उनमें से एक में परिवर्तन दूसरों में परिवर्तन का कारण बनता है। के बीच मात्रात्मक कार्यात्मक निर्भरताएँ

विभिन्न प्रक्रियाओं का संचालन
अनेक ऊर्जा प्रक्रियाएँ कार्य के नाम से संयुक्त हैं; इन प्रक्रियाओं की एक सामान्य संपत्ति बाहर से कार्य करने वाले बल पर काबू पाने के लिए सिस्टम द्वारा ऊर्जा का व्यय है। ऐसी प्रक्रियाओं में शामिल हैं

ताप की गुंजाइश। विभिन्न प्रक्रियाओं की ऊष्मा की गणना
किसी पिंड की विशिष्ट (ओं) या दाढ़ (सी) ताप क्षमता के प्रयोगात्मक निर्धारण में एक ग्राम या एक मोल पदार्थ को गर्म करने पर अवशोषित ऊष्मा क्यू को मापना शामिल है।

कैलोरी गुणांक
सिस्टम यू की आंतरिक ऊर्जा, राज्य का एक कार्य होने के नाते, सिस्टम के स्वतंत्र चर (राज्य पैरामीटर) का एक फ़ंक्शन है। सरलतम प्रणालियों में हम आंतरिक पर विचार करेंगे

एक आदर्श गैस पर ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम का अनुप्रयोग
आइए एक आदर्श गैस पर विचार करें, यानी एक ऐसी गैस जिसकी एक मोल अवस्था मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण द्वारा वर्णित है:

गैसों में रुद्धोष्म प्रक्रियाएँ
एक थर्मोडायनामिक प्रणाली को रुद्धोष्म प्रक्रिया से गुजरना कहा जाता है यदि यह प्रतिवर्ती है और यदि सिस्टम को थर्मल रूप से पृथक किया गया है ताकि सिस्टम और के बीच कोई ताप विनिमय न हो

तापीय धारिता
उन प्रक्रियाओं के लिए जहां केवल विस्तार कार्य किया जाता है, थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम का समीकरण इस प्रकार होता है: δQ = dU + PdV (I, 51) यदि प्रक्रिया एक स्थिरांक पर होती है

रासायनिक चर. रासायनिक और चरण परिवर्तनों के साथ होने वाली प्रक्रियाओं के लिए थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम का निर्माण
समीकरण (I, 27), (I, 28) और थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम के पहले दिए गए फॉर्मूलेशन किसी भी संतुलन बंद प्रणाली के लिए मान्य हैं, चाहे वह रासायनिक हो या

थर्मोकैमिस्ट्री। हेस का नियम
रासायनिक परिवर्तनों के दौरान, सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है, इस तथ्य के कारण कि प्रतिक्रिया उत्पादों की आंतरिक ऊर्जा शुरुआती पदार्थों की आंतरिक ऊर्जा से भिन्न होती है।

तापमान पर तापीय प्रभाव की निर्भरता। किरचॉफ समीकरण
हेस के नियम के अनुसार, किसी प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना उस तापमान पर करना संभव है जिस पर सभी अभिकारकों के गठन की गर्मी या दहन की गर्मी ज्ञात होती है (आमतौर पर 298K)। हालाँकि, अक्सर

सहज और गैर-सहज प्रक्रियाएं
थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम और विभिन्न प्रक्रियाओं के दौरान इससे उत्पन्न होने वाले पिंडों के बीच ऊर्जा विनिमय के नियमों से, यह निष्कर्ष निकालना असंभव है कि क्या, आम तौर पर बोलते हुए, यह प्रक्रिया संभव है

ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम
सबसे आम और निश्चित रूप से सहज प्रक्रियाएं गर्म शरीर से ठंडे शरीर में गर्मी का स्थानांतरण (थर्मल चालन) और काम का गर्मी (घर्षण) में संक्रमण है। सदियों पुराना जीवन

एन्ट्रापी परिवर्तन की गणना के लिए तरीके
समीकरण (II, 12) और (II, 13), जो एन्ट्रापी निर्धारित करते हैं, सिस्टम की एन्ट्रापी में परिवर्तन की थर्मोडायनामिक गणना के लिए एकमात्र प्रारंभिक समीकरण हैं। समीकरण में मौलिक ऊष्मा का प्रतिस्थापन।

प्लैंक का अभिधारणा
समीकरण (II, 3) का उपयोग करके, सिस्टम की एन्ट्रापी के पूर्ण मूल्य की गणना करना असंभव है। यह संभावना एक नई, अप्रमाणित स्थिति द्वारा प्रदान की गई है जो थर्मोडायनामिक्स के दो नियमों का पालन नहीं करती है, जिसे तैयार किया गया था

निरपेक्ष एन्ट्रापी मान
रासायनिक यौगिकों की एन्ट्रापी के पूर्ण मूल्यों की गणना करने के लिए रासायनिक प्रक्रियाओं के थर्मोडायनामिक अध्ययन में प्लैंक के अभिधारणा का उपयोग किया जाता है - मात्राएँ जो बहुत महत्वपूर्ण हैं

मानक एन्ट्रापी. रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान एन्ट्रापी में परिवर्तन
अन्य थर्मोडायनामिक कार्यों की तरह एन्ट्रॉपी को आमतौर पर पदार्थ की मानक स्थिति के रूप में जाना जाता है। याद रखें कि मानक स्थिति की विशेषता मानक स्थितियाँ होती हैं

एन्ट्रापी की सांख्यिकीय व्याख्या
राज्य के एक कार्य के रूप में एन्ट्रापी की अवधारणा एक स्थूल अवधारणा पर आधारित है। ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम की वैधता अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं की वास्तविकता से जुड़ी है। अपरिवर्तनीय के विपरीत

हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा
आइए हम याद करें कि थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम पृथक प्रणालियों में प्रक्रियाओं की सहज घटना के लिए मानदंड निर्धारित करता है। हालाँकि, ऐसी स्थितियाँ (पर्यावरण के साथ ऊर्जा और पदार्थ के आदान-प्रदान की कमी)।

गिब्स ऊर्जा
विस्तार के कार्य के अतिरिक्त अन्य प्रकार के कार्यों को सामान्य रूप में ध्यान में रखते हुए, हम प्राथमिक कार्य को विस्तार के कार्य और अन्य प्रकार के कार्यों के योग के रूप में प्रस्तुत करते हैं: dW = PdV + dW" (III, 15)

चारित्रिक कार्य. राज्य के मौलिक (विहित) समीकरण
पहले, हमने निम्नलिखित थर्मोडायनामिक कार्यों को परिभाषित किया था - सिस्टम के गुण: आंतरिक ऊर्जा यू, एन्थैल्पी एच, एन्ट्रॉपी एस, हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा एफ, गिब्स ऊर्जा जी

मैक्सवेल के संबंध
आइए अब हम अभिलक्षणिक फलनों के दूसरे मिश्रित अवकलजों पर विचार करें। समीकरण (III, 26) को ध्यान में रखते हुए, हम लिख सकते हैं:

गिब्स-हेल्महोल्त्ज़ समीकरण
गिब्स-हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण किसी भी तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं के साथ गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन को निर्धारित करने की अनुमति देता है यदि रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गर्मी की निर्भरता

आदर्श गैसों के मिश्रण की गिब्स ऊर्जा। रासायनिक क्षमता का निर्धारण
गिब्स ऊर्जा एक व्यापक कार्य है, जो आदर्श गैसों के मिश्रण के लिए इसके मूल्य की गणना करना संभव बनाता है। आइए एक टैंक की कल्पना करें जो विभाजन द्वारा खंडों में विभाजित है, जैसा कि दिखाया गया है

रासायनिक क्षमता
"रासायनिक क्षमता" की अवधारणा का अर्थ स्पष्ट करने के लिए, आइए हम स्थिरांक P और T पर उत्पाद के रूप में अभिव्यक्ति (III.51) को अलग करें:

चरण परिवर्तन. क्लैपेरॉन-क्लॉसियस समीकरण
एक प्रणाली में जिसमें शुद्ध पदार्थ के कई चरण होते हैं जो संतुलन में होते हैं, पदार्थ का एक चरण से दूसरे चरण में संक्रमण संभव है। ऐसे संक्रमणों को चरण संक्रमण कहा जाता है।

प्रथम क्रम के चरण परिवर्तन. पिघलना। वाष्पीकरण
चरण संक्रमण संतुलन में सह-अस्तित्व वाले दो चरणों की समदाब रेखीय क्षमता की समानता और गिब्स ऊर्जा (एन्ट्रॉपी और वॉल्यूम) के पहले डेरिवेटिव में अचानक परिवर्तन की विशेषता है।

दूसरे क्रम के चरण परिवर्तन
दूसरे क्रम का चरण संक्रमण किसी पदार्थ का एक चरण से दूसरे चरण में संतुलन संक्रमण है, जिसमें तापमान और दबाव के संबंध में गिब्स ऊर्जा का केवल दूसरा व्युत्पन्न अचानक बदल जाता है।

तापमान पर संतृप्त वाष्प दबाव की निर्भरता
बढ़ते तापमान के साथ तरल का संतृप्त वाष्प दबाव तेजी से बढ़ता है। इसे चित्र 12 से देखा जा सकता है, जो पिघलने बिंदु से शुरू होने वाले कुछ तरल पदार्थों के वाष्प दबाव वक्र को दर्शाता है।

सामान्य संतुलन की स्थिति
स्थिर दबाव और तापमान पर संतुलन में किसी भी बंद प्रणाली की विशेषता इस संबंध से होती है:

गिब्स चरण नियम
1876 ​​में, गिब्स ने संतुलन में चरणों की संख्या (एफ), घटकों की संख्या (के) और सिस्टम की स्वतंत्रता की डिग्री (सी) की संख्या को जोड़ने वाला एक सरल सूत्र निकाला। संतुलन में हमें होना चाहिए

एक-घटक प्रणालियों के लिए गिब्स चरण नियम का अनुप्रयोग। पानी और सल्फर के चरण आरेख
एक-घटक प्रणाली के लिए K = 1 और चरण नियम इस रूप में लिखा गया है: C = 3 - F यदि F = 1, तो C = 2, वे कहते हैं कि प्रणाली द्विचर है;

सल्फर चरण आरेख
क्रिस्टलीय सल्फर दो संशोधनों के रूप में मौजूद है - ऑर्थोरोम्बिक (एसपी) और मोनोक्लिनिक (एसएम)। इसलिए, चार चरणों का अस्तित्व संभव है: रम्बिक, मो

सामूहिक कार्यवाही का नियम. गैस-चरण प्रतिक्रियाओं के लिए संतुलन स्थिरांक
आइए मान लें कि समीकरण के अनुसार गैसीय पदार्थों A1, A2 ... Ai, A'1, A'2 ... A'i के बीच रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया होती है:

रासायनिक प्रतिक्रिया इज़ोटेर्म समीकरण
मान लीजिए कि समीकरण के अनुसार आदर्श गैसों के मिश्रण में एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है मान लीजिए कि इस समय

रासायनिक बन्धुता की अवधारणा
इस तथ्य से कि कुछ पदार्थ एक दूसरे के साथ आसानी से और तेज़ी से प्रतिक्रिया करते हैं, अन्य कठिनाई से, और अन्य बिल्कुल भी प्रतिक्रिया नहीं करते हैं, एक विशेष रासायनिक संबंध की उपस्थिति या अनुपस्थिति के बारे में धारणा उत्पन्न होती है।

संतुलन मिश्रण की संरचना की गणना करने के लिए सामूहिक क्रिया के नियम का उपयोग करना
स्थिर अवस्था संतुलन पर प्रणाली की संरचना और इसलिए प्रतिक्रिया उत्पाद की उपज निर्धारित करने के लिए, संतुलन स्थिरांक और प्रारंभिक मिश्रण की संरचना को जानना आवश्यक है। मिश्रण

विषम रासायनिक संतुलन
सामूहिक क्रिया का नियम आदर्श गैसों की अवस्था के नियम का उपयोग करके प्राप्त किया गया था और यह मुख्य रूप से गैस मिश्रण पर लागू होता है। हालाँकि, महत्वपूर्ण बदलावों के बिना इसे महत्वपूर्ण पर लागू किया जा सकता है

रासायनिक संतुलन पर तापमान का प्रभाव. रासायनिक प्रतिक्रिया का आइसोबार समीकरण
विभेदक रूप में तापमान पर K0 की निर्भरता निर्धारित करने के लिए, हम गिब्स-हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण (III, 41) का उपयोग करते हैं।

ले चेटेलियर-ब्राउन सिद्धांत
संतुलन से बाहर लाई गई प्रणाली फिर से संतुलन की स्थिति में लौट आती है। ले चेटेलियर और ब्राउन ने एक सरल सिद्धांत प्रस्तावित किया जिसका उपयोग यह भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है कि कैसे

नर्नस्ट का थर्मल प्रमेय
गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन की सीधी और सरल गणना, और, परिणामस्वरूप, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के संतुलन स्थिरांक, कठिनाइयों का कारण नहीं बनते हैं यदि रासायनिक प्रतिक्रिया की गर्मी और निरपेक्ष मान ज्ञात हों

गैर-आदर्श प्रणालियों में रासायनिक संतुलन
सामूहिक क्रिया का नियम (V, 5), जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, केवल आदर्श गैसों (या आदर्श समाधान) पर लागू होता है। ऐसी प्रणालियों के लिए, प्रतिक्रिया करने वाले के सापेक्ष आंशिक दबाव के संतुलन का उत्पाद

पदार्थों की एन्थैल्पी की निर्भरता और दबाव पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभाव
दबाव पर एन्थैल्पी की निर्भरता पर विचार करते समय, हम इसके कुल अंतर (III, 27) के लिए प्रसिद्ध अभिव्यक्ति का उपयोग करेंगे: dH = VdP + TdS डिवाइड e

जल और जल वाष्प के थर्मोडायनामिक गुण

"जल" शब्द से हमारा तात्पर्य किसी भी संभावित चरण अवस्था में H2O से है।

प्रकृति में, पानी हो सकता है तीन राज्यों में: टीवी (बर्फ, बर्फ), एल। (पानी), जी. (भाप).

बिना ऊर्जा के पानी पर विचार करें। पर्यावरण के साथ अंतःक्रिया हम मर रहे हैं। संतुलन में.

बर्फ या तरल पदार्थ की सतह पर हमेशा वाष्प मौजूद रहती है। संपर्क चरण टी/डी संतुलन में हैं: तेज़ अणु तरल चरण से बाहर निकलते हैं, सतही बलों पर काबू पाते हैं, और वाष्प चरण से धीमे अणु तरल में चले जाते हैं। चरण।

संतुलन की स्थिति में, प्रत्येक टी एक निश्चित वाष्प दबाव से मेल खाता है - कुल (यदि तरल के ऊपर केवल वाष्प है) या आंशिक (यदि वायु या अन्य गैसों के साथ वाष्प का मिश्रण है)।

भाप तरल के साथ संतुलन में है। जिस चरण से इसका निर्माण हुआ था वह संतृप्त है, और संबंधित टी संतृप्ति और दबाव है–पी संतृप्ति.

जल की कोई भी संतुलन अवस्था नहीं:

a) मान लीजिए कि तरल के ऊपर वाष्प का दबाव संतृप्ति दबाव के नीचे कम हो जाता है। इस मामले में, संतुलन गड़बड़ा जाता है, सबसे तेज़ अणुओं के कारण चरण इंटरफ़ेस के माध्यम से तरल चरण से गैसीय चरण में पदार्थ का एक असंतुलित संक्रमण होता है।

तरल से किसी पदार्थ के अप्रतिपूरित संक्रमण की प्रक्रिया। शहर में चरण - वाष्पीकरण.

किसी पदार्थ के ठोस चरण से गैस चरण में अप्रतिपूरित संक्रमण की प्रक्रिया कहलाती है उच्च बनाने की क्रिया या उर्ध्वपातन .

परिणामस्वरूप वाष्प के गहन निष्कासन के साथ वाष्पीकरण या उर्ध्वपातन की तीव्रता बढ़ जाती है। इस मामले में, उच्चतम ऊर्जा वाले अणुओं के निकलने के कारण तरल चरण का तापमान कम हो जाता है। इसे दबाव कम किए बिना, केवल हवा की एक धारा प्रवाहित करके प्राप्त किया जा सकता है।

ख) एक खुले बर्तन में तरल को गर्मी की आपूर्ति करने दें। इस मामले में, टी, और, तदनुसार, तरल के ऊपर संतृप्त भाप का पी बढ़ जाता है और पूर्ण बाहरी दबाव (पी = पी एन) तक पहुंच सकता है। मामले में जब पी = पी एन, हीटिंग सतह पर, तरल का टी यहां प्रचलित दबाव पर संतृप्त भाप के टी से ऊपर उठता है। द्रव की मोटाई में वाष्प के निर्माण के लिए परिस्थितियाँ निर्मित होती हैं।

किसी पदार्थ के तरल चरण से सीधे तरल के अंदर वाष्प चरण में संक्रमण की प्रक्रिया कहलाती है उबलना.

किसी तरल पदार्थ की मोटाई में वाष्प के बुलबुले के न्यूक्लियेशन की प्रक्रिया जटिल होती है। पानी को उबालने के लिए, ताप आपूर्ति की सतह पर वाष्पीकरण के केंद्र - अवसाद, उभार, अनियमितताएं आदि का होना आवश्यक है। गर्म सतह पर, उबलने के दौरान, यहां प्रचलित दबाव पर पानी और संतृप्त भाप के टी में अंतर गर्मी आपूर्ति की तीव्रता पर निर्भर करता है और दसियों डिग्री तक पहुंच सकता है।

किसी तरल पदार्थ के सतह तनाव बलों की क्रिया के कारण चरण इंटरफ़ेस पर तरल अधिक गर्म हो जाता है, जब यह इसके ऊपर संतृप्त वाष्प के तापमान के सापेक्ष 0.3-1.5 o C तक उबलता है।

किसी पदार्थ के तरल चरण से वाष्प चरण में संक्रमण की कोई प्रक्रिया - वाष्पीकरण.

वाष्पीकरण के विपरीत प्रक्रिया, अर्थात्। किसी पदार्थ का वाष्प चरण से तरल चरण में असंतुलित संक्रमण - वाष्पीकरण.

स्थिर वाष्प दबाव पर, स्थिर तापमान पर संघनन होता है (उबलने जैसा) और यह सिस्टम से गर्मी हटाने का परिणाम है।

उर्ध्वपातन के विपरीत प्रक्रिया, अर्थात्। किसी पदार्थ का वाष्प चरण से सीधे ठोस चरण में संक्रमण - उदात्तीकरण.

क्वथनांक पर जल की तरल अवस्था कहलाती है तरल से संतृप्त .

उबलते (संतृप्ति) तापमान पर भाप को कहा जाता है सूखी संतृप्त भाप .

संतृप्ति की स्थिति में दो-चरण मिश्रण "एल+पी" - नम संतृप्त भाप.

टी/डी में, यह शब्द दो-चरण प्रणालियों पर लागू होता है जिसमें संतृप्त भाप तरल स्तर से ऊपर हो सकती है या इसमें निलंबित तरल बूंदों के साथ भाप के मिश्रण का प्रतिनिधित्व कर सकती है। गीली संतृप्त भाप को चिह्नित करने के लिए, इसका उपयोग किया जाता है अवधारणा सूखापन की डिग्री एक्स, जो शुष्क संतृप्त भाप के द्रव्यमान का अनुपात है,एम एस.एन.पी., मिश्रण के कुल द्रव्यमान तक,एम सेमी = एम एस.एन.पी. + एम डब्ल्यू.एस.एन., यह संतृप्ति की स्थिति में तरल के साथ है:

संतृप्ति अवस्था में पानी के तरल चरण के द्रव्यमान और मिश्रण के द्रव्यमान का अनुपात आर्द्रता की डिग्री कहलाती है (1):

स्थिर p पर नम संतृप्त भाप को ऊष्मा की आपूर्ति संक्रमण l की ओर ले जाती है। पी में मिश्रण का चरण। इस मामले में, मिश्रण का टी (संतृप्ति) नहीं हो सकता है इसे तब तक बढ़ाया जाता है जब तक कि सारा तरल भाप में परिवर्तित न हो जाए। संतृप्ति की स्थिति में केवल वाष्प चरण में गर्मी की आपूर्ति से भाप के टी में वृद्धि होती है।

किसी दिए गए दबाव पर संतृप्ति तापमान से अधिक तापमान वाली भाप कहलाती है अतितापित भाप. अत्यधिक गरम भाप का तापमान अंतरटी और समान दबाव की संतृप्त भापटी एन बुलाया भाप अतिताप की डिग्री डीटी पी = टी-टी एन.

जैसे-जैसे भाप की अतिताप की डिग्री बढ़ती है, इसकी मात्रा बढ़ती है, अणुओं की सांद्रता कम हो जाती है, और इसके गुण गैसों के करीब पहुंच जाते हैं।

6.2. एच 2 ओ के लिए चरण आरेख पी, टी-, पी, वी- और टी, एस

एच 2 ओ की स्थिति में परिवर्तन की विभिन्न टी/डी प्रक्रियाओं का विश्लेषण करने के लिए, चरण आरेखों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

और यहां हम दूसरी श्रेणी की ओर बढ़ सकते हैं। शब्द के अंतर्गत "बर्फ़"हम पानी की ठोस अवस्था को समझने के आदी हैं। लेकिन इसके अलावा, अन्य पदार्थ भी जमने के अधीन हैं। इस प्रकार, बर्फ को मूल पदार्थ की रासायनिक संरचना से अलग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड, अमोनिया, मीथेन बर्फ और अन्य।

तीसरा, पानी की बर्फ के क्रिस्टल लैटिस (संशोधन) होते हैं, जिनका गठन थर्मोडायनामिक कारक द्वारा निर्धारित होता है। हम इस पोस्ट में उनके बारे में थोड़ी बात करेंगे।

आइस लेख में, हमने देखा कि कैसे पानी की संरचना एकत्रीकरण की स्थिति में बदलाव के साथ पुनर्गठन से गुजरती है, और साधारण बर्फ की क्रिस्टलीय संरचना पर बात की। पानी के अणु की आंतरिक संरचना और सभी अणुओं को एक व्यवस्थित प्रणाली में जोड़ने वाले हाइड्रोजन बांड के कारण, बर्फ की एक हेक्सागोनल (हेक्सागोनल) क्रिस्टल जाली बनती है। एक दूसरे के निकटतम अणु (एक केंद्रीय और चार कोने) एक त्रिफलकीय पिरामिड या टेट्राहेड्रोन के आकार में व्यवस्थित होते हैं, जो हेक्सागोनल क्रिस्टल संशोधन का आधार है ( चित्र .1).

वैसे, पदार्थ के सबसे छोटे कणों के बीच की दूरी नैनोमीटर (एनएम) या एंगस्ट्रॉम में मापी जाती है (यह नाम 19वीं सदी के स्वीडिश भौतिक विज्ञानी एंडर्स जोनास एंगस्ट्रॉम के नाम पर रखा गया है; जिसे प्रतीक Å द्वारा दर्शाया गया है)। 1 Å = 0.1 एनएम = 10−10 मीटर।

साधारण बर्फ की यह षट्कोणीय संरचना इसके पूरे आयतन तक फैली हुई है। आप इसे नग्न आंखों से स्पष्ट रूप से देख सकते हैं: सर्दियों में बर्फबारी के दौरान, अपनी आस्तीन या दस्ताने पर एक बर्फ का टुकड़ा पकड़ें और उसके आकार को करीब से देखें - यह छह-किरणों वाला या हेक्सागोनल है। यह हर बर्फ के टुकड़े के लिए विशिष्ट है, लेकिन एक भी बर्फ का टुकड़ा कभी भी दूसरे को दोहराता नहीं है (हमारे लेख में इसके बारे में अधिक जानकारी)। और यहां तक ​​कि बड़े बर्फ के क्रिस्टल भी अपने बाहरी आकार के साथ आंतरिक आणविक संरचना के अनुरूप होते हैं ( अंक 2).

हम पहले ही कह चुके हैं कि किसी पदार्थ, विशेष रूप से पानी, का एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण कुछ शर्तों के तहत होता है। सामान्य बर्फ 0°C और उससे नीचे के तापमान और 1 वायुमंडल (सामान्य मान) के दबाव पर बनती है। नतीजतन, बर्फ के अन्य संशोधनों की उपस्थिति के लिए, इन मूल्यों में बदलाव की आवश्यकता होती है, और ज्यादातर मामलों में कम तापमान और उच्च दबाव की उपस्थिति होती है, जिस पर हाइड्रोजन बांड का कोण बदलता है और पूरे क्रिस्टल जाली का पुनर्निर्माण होता है।

बर्फ का प्रत्येक संशोधन एक विशिष्ट प्रणाली से संबंधित होता है - क्रिस्टल का एक समूह जिसमें इकाई कोशिकाओं में समान समरूपता और समन्वय प्रणाली (XYZ अक्ष) होती है। कुल मिलाकर, सात समानार्थी शब्द प्रतिष्ठित हैं। उनमें से प्रत्येक की विशेषताएं यहां प्रस्तुत की गई हैं दृष्टांत 3-4. और ठीक नीचे क्रिस्टल के मुख्य रूपों की एक छवि है ( चित्र.5)

बर्फ के सभी संशोधन जो सामान्य बर्फ से भिन्न होते हैं, प्रयोगशाला स्थितियों में प्राप्त किए गए थे। बर्फ की पहली बहुरूपी संरचनाएँ 20वीं सदी की शुरुआत में वैज्ञानिकों के प्रयासों से ज्ञात हुईं गुस्ताव हेनरिक टैमनऔर पर्सी विलियम्स ब्रिजमैन. ब्रिजमैन के संशोधनों के आरेख को समय-समय पर पूरक किया गया। पहले प्राप्त संशोधनों में से नए संशोधनों की पहचान की गई। आरेख में नवीनतम परिवर्तन हमारे समय में किए गए थे। अब तक सोलह क्रिस्टलीय प्रकार की बर्फ प्राप्त की जा चुकी है। प्रत्येक प्रकार का अपना नाम होता है और उसे रोमन अंक द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है।

हम प्रत्येक आणविक प्रकार की जल बर्फ की भौतिक विशेषताओं में गहराई से नहीं उतरेंगे, ताकि प्रिय पाठकों, आपको वैज्ञानिक विवरणों से बोर न करें; हम केवल मुख्य मापदंडों पर ध्यान देंगे।

साधारण बर्फ को बर्फ Ih कहा जाता है (उपसर्ग "h" का अर्थ हेक्सागोनल प्रणाली है)। पर दृष्टान्त 7इसकी क्रिस्टल संरचना प्रस्तुत की गई है, जिसमें हेक्सागोनल बॉन्ड (हेक्सामर्स) शामिल हैं, जो आकार में भिन्न हैं - एक रूप में सूरज आलसी व्यक्ति(अंग्रेज़ी) कुर्सी-रूप), रूप में दूसरा किश्ती (नाव-रूप). ये हेक्सामर्स एक त्रि-आयामी खंड बनाते हैं - दो "चाइज़ लाउंज" ऊपर और नीचे क्षैतिज होते हैं, और तीन "नावें" एक ऊर्ध्वाधर स्थिति पर कब्जा कर लेती हैं।

स्थानिक आरेख बर्फ के हाइड्रोजन बंधों की व्यवस्था में क्रम को दर्शाता है इह, लेकिन वास्तव में कनेक्शन बेतरतीब ढंग से बनाए जाते हैं। हालाँकि, वैज्ञानिक इस बात से इंकार नहीं करते हैं कि हेक्सागोनल बर्फ की सतह पर हाइड्रोजन बंधन संरचना के अंदर की तुलना में अधिक व्यवस्थित होते हैं।

हेक्सागोनल बर्फ की इकाई कोशिका (यानी, एक क्रिस्टल की न्यूनतम मात्रा, जिसके तीन आयामों में बार-बार पुनरुत्पादन से संपूर्ण क्रिस्टल जाली बनती है) में 4 पानी के अणु शामिल होते हैं। सेल आयाम हैं 4.51 Åदोनों तरफ ए,बीऔर 7.35 Åसी पक्ष पर (आरेख में सी पक्ष या अक्ष की दिशा ऊर्ध्वाधर है)। भुजाओं के बीच का कोण, जैसा कि देखा जा सकता है चित्रण 4: α=β = 90°, γ = 120°. पड़ोसी अणुओं के बीच की दूरी है 2.76 Å.

हेक्सागोनल बर्फ के क्रिस्टल हेक्सागोनल प्लेट और स्तंभ बनाते हैं; उनमें ऊपर और नीचे के फलक आधार तल हैं, और छह समान पार्श्व फलकों को प्रिज्मीय कहा जाता है ( चित्र.10).

इसके क्रिस्टलीकरण को शुरू करने के लिए आवश्यक पानी के अणुओं की न्यूनतम संख्या लगभग है 275 (±25). काफी हद तक, बर्फ का निर्माण जल द्रव्यमान की सतह पर होता है जो हवा की सीमा के अंदर होता है, न कि उसके अंदर। मोटे बर्फ के क्रिस्टल इहसी-अक्ष की दिशा में धीरे-धीरे बनते हैं, उदाहरण के लिए, स्थिर पानी में वे क्रिस्टलीय प्लेटों से लंबवत नीचे की ओर बढ़ते हैं, या ऐसी स्थितियों में जहां किनारे की ओर बढ़ना मुश्किल होता है। महीन दाने वाली बर्फ, जो अशांत पानी में या जब यह जल्दी जम जाती है, बनती है, तो प्रिज्मीय सतहों से निर्देशित विकास में तेजी लाती है। आसपास के पानी का तापमान बर्फ के क्रिस्टल जाली की शाखा की डिग्री निर्धारित करता है।

पानी में घुले पदार्थों के कण, हीलियम और हाइड्रोजन परमाणुओं के अपवाद के साथ, जिनके आयाम उन्हें संरचना की गुहाओं में फिट होने की अनुमति देते हैं, सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर क्रिस्टल जाली से बाहर कर दिए जाते हैं, क्रिस्टल की सतह पर मजबूर हो जाते हैं या , जैसा कि अनाकार किस्म के मामले में (लेख में बाद में इस पर अधिक) माइक्रोक्रिस्टल के बीच परतें बनाते हैं। पानी को जमने और पिघलाने के लगातार चक्रों का उपयोग इसे अशुद्धियों से शुद्ध करने के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, गैसें (डीगैसिंग)।

बर्फ के साथ इहबर्फ भी है मैं सी (घन प्रणाली), हालाँकि, प्रकृति में, इस प्रकार की बर्फ का निर्माण कभी-कभी केवल वायुमंडल की ऊपरी परतों में ही संभव होता है। कृत्रिम बर्फ मैं सीपानी को तुरंत जमाकर प्राप्त किया जाता है, जिसके लिए भाप को ठंडे पानी में संघनित किया जाता है 80 शून्य से 110°Сसामान्य वायुमंडलीय दबाव पर धातु की सतह। प्रयोग के परिणामस्वरूप, घन आकार के या ऑक्टाहेड्रोन के रूप में क्रिस्टल सतह पर गिर जाते हैं। सामान्य हेक्सागोनल बर्फ का तापमान कम करके पहले संशोधन की क्यूबिक बर्फ बनाना संभव नहीं होगा, लेकिन बर्फ को गर्म करके क्यूबिक से हेक्सागोनल में संक्रमण संभव है मैं सीउच्चतर ऋण 80°С.

बर्फ की आणविक संरचना में मैं सीहाइड्रोजन बंध कोण सामान्य बर्फ के समान ही होता है इह - 109.5°. और यहाँ एक बर्फ की जाली में अणुओं द्वारा निर्मित एक षट्कोणीय वलय है मैं सीकेवल चाइज़ लाउंज के रूप में मौजूद है।

1 एटीएम के दबाव पर बर्फ आईसी का घनत्व 0.92 ग्राम/सेमी³ है। एक घन क्रिस्टल में इकाई कोशिका में 8 अणु और आयाम होते हैं: a=b=c = 6.35 Å, और इसके कोण α=β=γ = 90°।

एक नोट पर.प्रिय पाठकों, इस लेख में हम बार-बार एक या दूसरे प्रकार की बर्फ के लिए तापमान और दबाव संकेतकों का सामना करेंगे। और यदि डिग्री सेल्सियस में व्यक्त तापमान मान सभी के लिए स्पष्ट हैं, तो दबाव मान की धारणा कुछ के लिए मुश्किल हो सकती है। भौतिकी में, इसे मापने के लिए विभिन्न इकाइयों का उपयोग किया जाता है, लेकिन हमारे लेख में हम इसे मानों को पूर्णांकित करते हुए वायुमंडल (एटीएम) में निरूपित करेंगे। सामान्य वायुमंडलीय दबाव 1 एटीएम है, जो 760 mmHg के बराबर है, या 1 बार से थोड़ा अधिक, या 0.1 MPa (मेगापास्कल) है।

जैसा कि आप समझते हैं, विशेष रूप से, बर्फ के उदाहरण से मैं सी, बर्फ के क्रिस्टलीय संशोधनों का अस्तित्व थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थितियों के तहत संभव है, अर्थात। जब किसी क्रिस्टलीय प्रकार की बर्फ की उपस्थिति निर्धारित करने वाले तापमान और दबाव का संतुलन गड़बड़ा जाता है, तो यह प्रकार गायब हो जाता है, और दूसरे संशोधन में बदल जाता है। इन थर्मोडायनामिक मूल्यों की सीमा अलग-अलग होती है; यह प्रत्येक प्रजाति के लिए अलग-अलग होती है। आइए हम अन्य प्रकार की बर्फ पर विचार करें, नामकरण के क्रम में नहीं, बल्कि इन संरचनात्मक परिवर्तनों के संबंध में।

बर्फ़ द्वितीयत्रिकोणीय प्रणाली से संबंधित है। इसे हेक्सागोनल प्रकार से लगभग 3,000 एटीएम के दबाव और लगभग माइनस 75 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर या किसी अन्य संशोधन से बनाया जा सकता है ( बर्फ वी), शून्य से 35°C के तापमान पर दबाव को तेजी से कम करके। अस्तित्व द्वितीयमाइनस 170°C और 1 से 50,000 एटीएम (या 5 गीगापास्कल (GPa)) के दबाव की स्थितियों में बर्फ का प्रकार संभव है। वैज्ञानिकों के मुताबिक इस संशोधन की बर्फ संभवतः सौर मंडल के सुदूर ग्रहों के बर्फीले उपग्रहों का हिस्सा हो सकती है। सामान्य वायुमंडलीय दबाव और माइनस 113 डिग्री सेल्सियस से ऊपर का तापमान इस प्रकार की बर्फ को साधारण हेक्सागोनल बर्फ में बदलने की स्थिति पैदा करता है।

पर दृष्टान्त 13बर्फ क्रिस्टल जाली दिखाई गई द्वितीय. संरचना की एक विशिष्ट विशेषता दिखाई देती है - आणविक बंधों द्वारा निर्मित एक प्रकार के खोखले हेक्सागोनल चैनल। यूनिट सेल (चित्रण में हीरे के साथ हाइलाइट किया गया क्षेत्र) में दो स्नायुबंधन होते हैं जो एक दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित होते हैं, इसलिए बोलने के लिए, "ऊंचाई में।" परिणामस्वरूप, एक समचतुर्भुज जालक प्रणाली का निर्माण होता है। सेल आयाम a=b=c = 7.78 Å; α=β=γ = 113.1°. एक कोशिका में 12 अणु होते हैं। अणुओं (O-O-O) के बीच बंधन कोण 80 से 120° तक भिन्न होता है।

संशोधन II को गर्म करने पर, आपको बर्फ मिल सकती है तृतीय, और इसके विपरीत, बर्फ ठंडा करना तृतीयइसे बर्फ में बदल देता है द्वितीय. बर्फ भी तृतीयतब बनता है जब पानी का तापमान धीरे-धीरे शून्य से 23 डिग्री सेल्सियस तक कम हो जाता है, जिससे दबाव 3,000 एटीएम तक बढ़ जाता है।
जैसा कि चरण आरेख में देखा जा सकता है ( बीमार। 6), बर्फ की स्थिर अवस्था के लिए थर्मोडायनामिक स्थितियाँ तृतीय, साथ ही एक और संशोधन - बर्फ वी, छोटे हैं।

बर्फ़ तृतीयऔर वीआसपास के संशोधनों के साथ चार त्रिगुण बिंदु हैं (थर्मोडायनामिक मान जिस पर पदार्थ की विभिन्न अवस्थाओं का अस्तित्व संभव है)। हालाँकि, बर्फ द्वितीय, तृतीयऔर वीसंशोधन सामान्य वायुमंडलीय दबाव और माइनस 170°C के तापमान की स्थितियों में मौजूद हो सकते हैं, और उन्हें माइनस 150°C तक गर्म करने से बर्फ का निर्माण होता है। मैं सी.

वर्तमान में ज्ञात अन्य उच्च दबाव संशोधनों की तुलना में, बर्फ तृतीयसबसे कम घनत्व है - 3,500 एटीएम के दबाव पर। यह 1.16 ग्राम/सेमी³ के बराबर है।
बर्फ़ तृतीयक्रिस्टलीकृत पानी की एक चतुष्कोणीय किस्म है, लेकिन बर्फ की जाली संरचना ही है तृतीयउल्लंघन है. यदि प्रत्येक अणु आमतौर पर 4 पड़ोसी अणुओं से घिरा होता है, तो इस स्थिति में इस सूचक का मान 3.2 होगा, और इसके अलावा आस-पास 2 या 3 और अणु हो सकते हैं जिनमें हाइड्रोजन बांड नहीं होते हैं।
स्थानिक व्यवस्था में, अणु दाएँ हाथ के हेलिकॉप्टर बनाते हैं।
माइनस 23°C और लगभग 2800 एटीएम पर 12 अणुओं वाली एक यूनिट सेल के आयाम: a=b = 6.66, c = 6.93 Å; α=β=γ = 90°. हाइड्रोजन बांड कोण 87 से 141° तक होता है।

पर दृष्टान्त 15बर्फ की आणविक संरचना का एक स्थानिक आरेख पारंपरिक रूप से प्रस्तुत किया गया है तृतीय. दर्शक के करीब स्थित अणुओं (नीले बिंदु) को बड़ा दिखाया गया है, और हाइड्रोजन बांड (लाल रेखाएं) तदनुसार मोटे हैं।

और अब, जैसा कि वे कहते हैं, हमारी ऊँची एड़ी के जूते पर, आइए तुरंत बर्फ के पीछे आने वालों पर "कूदें"। तृतीयनामकरण क्रम में, क्रिस्टलीय संशोधन, और आइए बर्फ के बारे में कुछ शब्द कहें नौवीं.
इस प्रकार की बर्फ मूलतः संशोधित बर्फ होती है तृतीय, इसे बर्फ में परिवर्तित होने से बचाने के लिए माइनस 65 से माइनस 108 डिग्री सेल्सियस तक तेजी से गहरा ठंडा किया जाता है द्वितीय. बर्फ़ नौवीं 133°C से कम तापमान और 2,000 से 4,000 एटीएम के दबाव पर स्थिर रहता है। इसका घनत्व और संरचना एक समान है तृतीयमन, लेकिन बर्फ के विपरीत तृतीयबर्फ की संरचना में नौवींप्रोटॉन की व्यवस्था में क्रम है।
बर्फ गरम करना नौवींइसे मूल में वापस नहीं लौटाता तृतीयसंशोधन, लेकिन बर्फ में बदल जाता है द्वितीय. सेल आयाम: a=b = 6.69, c = 6.71 Å शून्य से 108°C और 2800 एटीएम के तापमान पर।

वैसेविज्ञान कथा लेखक कर्ट वोनगुट का 1963 का उपन्यास कैट्स क्रैडल आइस-नाइन नामक पदार्थ पर केंद्रित है, जिसे मानव निर्मित सामग्री के रूप में वर्णित किया गया है जो जीवन के लिए बड़ा खतरा पैदा करता है क्योंकि इसके संपर्क में आने पर पानी क्रिस्टलीकृत हो जाता है और आइस-नाइन में बदल जाता है। दुनिया के महासागरों के सामने प्राकृतिक जल में इस पदार्थ की थोड़ी सी मात्रा के प्रवेश से ग्रह पर सभी पानी जमने का खतरा है, जिसका अर्थ है सभी जीवित चीजों की मृत्यु। अंततः वही होता है.

बर्फ चतुर्थएक क्रिस्टल जाली का मेटास्टेबल (कमजोर रूप से स्थिर) त्रिकोणीय गठन है। इसका अस्तित्व बर्फ के चरण स्थान में संभव है तृतीय, वीऔर छठीसंशोधन. कुछ बर्फ ले आओ चतुर्थइसे 8,000 एटीएम के निरंतर दबाव पर माइनस 130 डिग्री सेल्सियस से शुरू करके धीरे-धीरे गर्म करके उच्च घनत्व वाली अनाकार बर्फ से बनाया जा सकता है।
समचतुर्भुज इकाई कोशिका का आकार 7.60 Å, कोण α=β=γ = 70.1° है। कोशिका में 16 अणु शामिल हैं; अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन असममित होते हैं। 1 एटीएम के दबाव और माइनस 163°C के तापमान पर, बर्फ IV का घनत्व 1.27 ग्राम/सेमी³ है। O–O–O बंधन कोण: 88–128°.

वैसे ही चतुर्थबर्फ का वह प्रकार जिससे बर्फ बनती है बारहवीं- एक उच्च-घनत्व अनाकार संशोधन (इसके बारे में नीचे और अधिक) को 8,000 एटीएम के समान दबाव पर माइनस 196 से माइनस 90 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करके, लेकिन उच्च गति पर।
बर्फ़ बारहवींचरण क्षेत्र में भी मेटास्टेबल वीऔर छठीक्रिस्टलीय प्रकार. यह एक प्रकार की चतुष्कोणीय प्रणाली है।
यूनिट सेल में 12 अणु होते हैं, जो 84-135° के कोण वाले हाइड्रोजन बांड के कारण, क्रिस्टल जाली में स्थित होते हैं, जिससे एक डबल दाएं हाथ का हेलिक्स बनता है। सेल के आयाम हैं: a=b = 8.27, c = 4.02 Å; कोण α=β=γ = 90º. सामान्य वायुमंडलीय दबाव और शून्य से 146°C तापमान पर बर्फ XII का घनत्व 1.30 ग्राम/सेमी³ है। हाइड्रोजन बंधन कोण: 67-132°।

जल बर्फ के वर्तमान में खोजे गए संशोधनों में से, बर्फ में सबसे जटिल क्रिस्टल संरचना होती है वी. 28 अणु इसकी इकाई कोशिका बनाते हैं; हाइड्रोजन बांड अन्य आणविक यौगिकों में अंतराल फैलाते हैं, और कुछ अणु केवल कुछ यौगिकों के साथ बांड बनाते हैं। पड़ोसी अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड का कोण बहुत भिन्न होता है - 86 से 132 डिग्री तक, इसलिए बर्फ के क्रिस्टल जाली में वीवहाँ तीव्र तनाव और ऊर्जा की भारी आपूर्ति है।
सामान्य वायुमंडलीय दबाव और तापमान माइनस 175°C की स्थिति में सेल पैरामीटर: a= 9.22, b= 7.54, c= 10.35 Å; α=β = 90°, γ = 109.2°.
बर्फ़ वीयह एक मोनोक्लिनिक किस्म है जो लगभग 5,000 एटीएम के दबाव पर पानी को शून्य से 20 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा करने से बनती है। 3,500 एटीएम के दबाव को ध्यान में रखते हुए क्रिस्टल जाली का घनत्व 1.24 ग्राम/सेमी³ है।
बर्फ क्रिस्टल जाली का स्थानिक आरेख वीप्रकार में दिखाया गया है दृष्टान्त 18. क्रिस्टल की इकाई कोशिका का क्षेत्र एक ग्रे रूपरेखा के साथ हाइलाइट किया गया है।

बर्फ की संरचना में प्रोटोन की व्यवस्था का आदेश दिया वीइसे बर्फ नामक एक और किस्म बनाता है तेरहवें. इस मोनोक्लिनिक संशोधन को चरण संक्रमण को सुविधाजनक बनाने के लिए हाइड्रोक्लोरिक एसिड (एचसीएल) के साथ शून्य से 143 डिग्री सेल्सियस नीचे पानी को ठंडा करके, 5,000 एटीएम का दबाव बनाकर प्राप्त किया जा सकता है। से प्रतिवर्ती संक्रमण तेरहवेंप्रकार k वीतापमान माइनस 193°C से माइनस 153°C तक संभव है।
बर्फ की इकाई कोशिका के आयाम तेरहवेंसे थोड़ा अलग वीसंशोधन: ए= 9.24, बी= 7.47, सी= 10.30 Å; α=β = 90°, γ= 109.7° (1 एटीएम पर, शून्य से 193°С)। कोशिका में अणुओं की संख्या समान होती है - 28. हाइड्रोजन बंध का कोण: 82–135°.

अपने लेख के अगले भाग में हम जल बर्फ के संशोधनों की अपनी समीक्षा जारी रखेंगे।

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यह चित्र चित्र में दिखाया गया है। 6.5. वक्रों द्वारा सीमित चरण आरेख के क्षेत्र उन स्थितियों (तापमान और दबाव) के अनुरूप होते हैं जिनके तहत पदार्थ का केवल एक चरण स्थिर होता है। उदाहरण के लिए, वीटी और टीसी वक्रों द्वारा सीमित आरेख के बिंदुओं के अनुरूप तापमान और दबाव के किसी भी मान पर, पानी तरल अवस्था में मौजूद होता है। एटी और टीसी वक्रों के नीचे स्थित आरेख के बिंदुओं के अनुरूप किसी भी तापमान और दबाव पर, पानी वाष्प अवस्था में मौजूद होता है।

चरण आरेख वक्र उन स्थितियों के अनुरूप होते हैं जिनके तहत कोई भी दो चरण एक दूसरे के साथ संतुलन में होते हैं। उदाहरण के लिए, टीसी वक्र के बिंदुओं के अनुरूप तापमान और दबाव पर, पानी और उसका वाष्प संतुलन में होते हैं। यह जलवाष्प दबाव वक्र है (चित्र 3.13 देखें)। इस वक्र पर बिंदु A" पर, तरल पानी और भाप 373 K (100 0C) के तापमान और 1 एटीएम (101.325 kPa) के दबाव पर संतुलन में हैं; बिंदु X, 1 एटीएम के दबाव पर पानी के क्वथनांक को दर्शाता है .

एटी वक्र बर्फ का वाष्प दबाव वक्र है; ऐसे वक्र को आमतौर पर उर्ध्वपातन वक्र कहा जाता है।

बीटी वक्र एक पिघलने वाला वक्र है। यह दिखाता है कि दबाव बर्फ के पिघलने बिंदु को कैसे प्रभावित करता है: यदि दबाव बढ़ता है, तो पिघलने बिंदु थोड़ा कम हो जाता है। दबाव पर पिघलने के तापमान की ऐसी निर्भरता दुर्लभ है। आमतौर पर, दबाव में वृद्धि ठोस के निर्माण में सहायक होती है, जैसा कि हम नीचे दिए गए कार्बन डाइऑक्साइड के चरण आरेख के उदाहरण में देखेंगे। पानी के मामले में, दबाव में वृद्धि से हाइड्रोजन बांड नष्ट हो जाते हैं, जो बर्फ के क्रिस्टल में पानी के अणुओं को एक साथ बांधते हैं, जिससे वे एक भारी संरचना बनाते हैं। हाइड्रोजन बांड के विनाश के परिणामस्वरूप, एक सघन तरल चरण बनता है (धारा 2.2 देखें)।

वीटी वक्र पर बिंदु Y पर, बर्फ 273 K (O 0C) के तापमान और 1 atm के दबाव पर पानी के साथ संतुलन में है। यह 1 एटीएम के दबाव पर पानी के हिमांक को दर्शाता है।

एसटी वक्र उसके हिमांक से नीचे के तापमान पर पानी के वाष्प दबाव को इंगित करता है। चूँकि पानी सामान्यतः अपने हिमांक बिंदु से नीचे के तापमान पर तरल के रूप में मौजूद नहीं होता है, इस वक्र पर प्रत्येक बिंदु मेटास्टेबल अवस्था में पानी से मेल खाता है। इसका मतलब यह है कि उचित तापमान और दबाव पर, पानी अपनी सबसे स्थिर (स्थिर) अवस्था में नहीं है। वह घटना जो इस वक्र के बिंदुओं द्वारा वर्णित मेटास्टेबल अवस्था में पानी के अस्तित्व से मेल खाती है, सुपरकूलिंग कहलाती है।

चरण आरेख पर दो बिंदु हैं जो विशेष रुचि के हैं। सबसे पहले, हम ध्यान दें कि पानी का वाष्प दबाव वक्र बिंदु C पर समाप्त होता है। इसे पानी का क्रांतिक बिंदु कहा जाता है। इस बिंदु से ऊपर के तापमान और दबाव पर, दबाव में किसी भी वृद्धि से जल वाष्प को तरल पानी में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है (धारा 3.1 भी देखें)। दूसरे शब्दों में, इस बिंदु के ऊपर, पानी के वाष्प और तरल रूप अब अलग-अलग नहीं रह जाते हैं। पानी का क्रांतिक तापमान 647 K है, और क्रांतिक दबाव 220 atm है।

चरण आरेख के बिंदु G को त्रिक बिंदु कहा जाता है। इस बिंदु पर, बर्फ, तरल पानी और जल वाष्प एक दूसरे के साथ संतुलन में हैं। यह बिंदु 273.16 K के तापमान और 6.03 1000 एटीएम के दबाव से मेल खाता है। केवल तापमान और दबाव के निर्दिष्ट मूल्यों पर ही पानी के तीनों चरण एक दूसरे के साथ संतुलन में रहते हुए एक साथ मौजूद हो सकते हैं।

III दो तरह से बन सकता है: ओस से या सीधे नम हवा से।

ओस से पाला बनना। ओस वह पानी है जो तब बनता है जब नम हवा ठंडी हो जाती है जब उसका तापमान कम हो जाता है, (वायुमंडलीय दबाव पर) अंजीर में टीसी वक्र को पार कर जाता है। 6.5. जब तापमान बीटी वक्र को पार करने के लिए पर्याप्त गिर जाता है तो ओस जमने के परिणामस्वरूप पाला बनता है।

नम हवा से सीधे पाला बनना। ओस से पाला तभी बनता है जब पानी का वाष्प दबाव त्रिक बिंदु जी के दबाव से अधिक हो जाता है, अर्थात। 6.03-10~3 एटीएम से अधिक। यदि जल वाष्प का दबाव इस मान से कम है, तो ओस के प्रारंभिक गठन के बिना, नम हवा से सीधे ठंढ बनती है। इस मामले में, यह तब दिखाई देता है जब घटता हुआ तापमान चित्र में एटी वक्र को पार कर जाता है। 6.5. इन परिस्थितियों में शुष्क पाला बनता है।

कार्बन डाइऑक्साइड का चरण आरेख

यह चरण आरेख चित्र में दिखाया गया है। 6.6.

यह पानी के चरण आरेख के समान है, लेकिन दो महत्वपूर्ण तरीकों से इससे भिन्न है।

सबसे पहले, कार्बन डाइऑक्साइड का त्रिक बिंदु 1 एटीएम, अर्थात् 5.11 एटीएम से कहीं अधिक दबाव पर है। इसलिए, इस मान से नीचे किसी भी दबाव पर, कार्बन डाइऑक्साइड तरल रूप में मौजूद नहीं हो सकता है। यदि ठोस कार्बन डाइऑक्साइड (सूखी बर्फ) को 1 एटीएम के दबाव पर गर्म किया जाता है, तो यह 159 K (- 78°C) के तापमान पर उर्ध्वपातित हो जाता है। इसका मतलब यह है कि ठोस कार्बन डाइऑक्साइड, निर्दिष्ट परिस्थितियों में, तरल अवस्था को दरकिनार करते हुए सीधे गैस चरण में चला जाता है।

दूसरे, पानी के चरण आरेख से अंतर यह है कि वीटी वक्र बाईं ओर नहीं, बल्कि दाईं ओर झुकता है। ठोस चरण में कार्बन डाइऑक्साइड के अणु तरल चरण की तुलना में अधिक सघनता से भरे होते हैं। इसलिए, पानी के विपरीत, ठोस कार्बन डाइऑक्साइड का घनत्व तरल कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में अधिक होता है। यह विशेषता अधिकांश ज्ञात पदार्थों की विशिष्ट है। इस प्रकार, बाहरी दबाव में वृद्धि ठोस कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण में योगदान करती है। परिणामस्वरूप, दबाव में वृद्धि के कारण गलनांक भी बढ़ जाता है।

सल्फर चरण आरेख

कीड़ा। 3.2 में कहा गया है कि यदि कोई यौगिक एक से अधिक क्रिस्टलीय रूप में मौजूद हो सकता है, तो इसे बहुरूपता प्रदर्शित करने वाला कहा जाता है। यदि कोई मुक्त तत्व (सरल पदार्थ) कई क्रिस्टलीय रूपों में मौजूद हो सकता है, तो इस प्रकार की बहुरूपता को एलोट्रॉपी कहा जाता है। उदाहरण के लिए, सल्फर दो एलोट्रोपिक रूपों में मौजूद हो सकता है: α-फॉर्म, जिसमें एक ऑर्थोरोम्बिक क्रिस्टल संरचना होती है, और β-फॉर्म, जिसमें एक मोनोक्लिनिक क्रिस्टल संरचना होती है।

चित्र में. चित्र 6.7 सल्फर के दो एलोट्रोपिक रूपों के साथ-साथ इसके तरल रूप की मुक्त ऊर्जा (अध्याय 5 देखें) की तापमान निर्भरता को दर्शाता है। बढ़ते तापमान के साथ किसी भी पदार्थ की मुक्त ऊर्जा कम हो जाती है। सल्फर के मामले में, α-एलोट्रोप में 368.5 K से नीचे के तापमान पर सबसे कम मुक्त ऊर्जा होती है और इसलिए ऐसे तापमान पर यह सबसे अधिक स्थिर होता है। 368.5 P (95.5 0C) से 393 K (120 0C) के तापमान पर, पी-एलोट्रोप सबसे अधिक स्थिर होता है। से ऊपर के तापमान पर< 393 К наиболее устойчива жидкая форма серы.

जब एक तत्व (एक साधारण पदार्थ) दो या दो से अधिक एलोट्रोपिक रूपों में मौजूद हो सकता है, जिनमें से प्रत्येक एक निश्चित सीमा की स्थितियों में स्थिर होता है, तो इसे एनैन्टियोट्रोपिक तापमान माना जाता है जिस पर दो एनैन्टियोट्रोप एक दूसरे के साथ संतुलन में होते हैं, इसे संक्रमण कहा जाता है। तापमान। 1 एटीएम के दबाव पर सल्फर के एनेंटियोट्रोपिक संक्रमण का तापमान 368.5 K है।

संक्रमण तापमान पर दबाव का प्रभाव चित्र में दिखाए गए सल्फर चरण आरेख में एबी वक्र द्वारा दिखाया गया है। 6.8. दबाव में वृद्धि से संक्रमण तापमान में वृद्धि होती है।

सल्फर के तीन त्रिक बिंदु हैं - ए, बी और सी। बिंदु ए पर, उदाहरण के लिए, संतुलन में दो ठोस और वाष्प चरण होते हैं। ये दो ठोस चरण सल्फर के द्विएनेंटियोट्रोप हैं। धराशायी वक्र मेटास्टेबल स्थितियों के अनुरूप हैं; उदाहरण के लिए, एडी वक्र इसके संक्रमण तापमान से ऊपर के तापमान पर ए-सल्फर का वाष्प दबाव वक्र है।

अन्य तत्वों की एनैन्टियोट्रॉपी

सल्फर एकमात्र ऐसा तत्व नहीं है जो एनैन्टियोट्रॉपी प्रदर्शित करता है। उदाहरण के लिए, टिन में दो एनैन्टियोट्रोप होते हैं - ग्रे टिन और सफेद टिन। 1 एटीएम के दबाव पर उनके बीच संक्रमण तापमान 286.2 K (13.2 डिग्री सेल्सियस) है।

फॉस्फोरस चरण आरेख

ऐसे मामलों में जहां कोई भी मुक्त तत्व (सरल पदार्थ) कई क्रिस्टलीय रूपों में मौजूद होता है, जिनमें से केवल एक ही स्थिर होता है, इसे मोनोट्रॉपी प्रदर्शित करने वाला माना जाता है।

एक साधारण पदार्थ का एक उदाहरण जो मोनोट्रॉपी प्रदर्शित करता है वह फॉस्फोरस है। कीड़ा। 3.2 में बताया गया कि फॉस्फोरस के तीन रूप होते हैं। लाल फास्फोरस एक स्थिर मोनोट्रोप है। वायुमंडलीय दबाव पर, यह रूप 690 K के तापमान तक स्थिर रहता है (चित्र 6.9)। सफेद फास्फोरस और काला फास्फोरस मेटास्टेबल (अस्थिर) मोनोट्रोप हैं। काला फास्फोरस केवल उच्च दबाव पर ही मौजूद रह सकता है, जो चित्र में नहीं दिखाया गया है। 6.9. फॉस्फोरस का त्रिक बिंदु 862.5 K (589.5 °C) के तापमान और 43.1 atm के दबाव पर स्थित होता है। इस बिंदु पर, लाल फास्फोरस, तरल फास्फोरस और फास्फोरस वाष्प एक दूसरे के साथ संतुलन में हैं।

सबसे पहले, आइए सहमत हों कि "पानी" शब्द से हमारा तात्पर्य किसी भी संभावित चरण अवस्था में H2O से है।

प्रकृति में, पानी तीन अवस्थाओं में हो सकता है: ठोस चरण (बर्फ, बर्फ), तरल चरण (पानी), गैसीय चरण (भाप)।

आइए पर्यावरण के साथ ऊर्जा अंतःक्रिया के बिना पानी पर विचार करें, अर्थात। संतुलन की स्थिति में.

बर्फ या तरल पदार्थ की सतह पर हमेशा वाष्प मौजूद रहती है। संपर्क चरण थर्मोडायनामिक संतुलन में होते हैं: तेज़ अणु तरल चरण से बाहर निकलते हैं, सतह की ताकतों पर काबू पाते हैं, और वाष्प चरण से धीमे अणु तरल चरण में चले जाते हैं।

संतुलन की स्थिति में, प्रत्येक तापमान एक निश्चित वाष्प दबाव से मेल खाता है - कुल (यदि तरल के ऊपर केवल वाष्प है) या आंशिक (यदि वायु या अन्य गैसों के साथ वाष्प का मिश्रण है)। जिस तरल चरण से इसका निर्माण हुआ है, उसके साथ संतुलन में भाप को संतृप्त भाप कहा जाता है, और इसके संबंधित तापमान को संतृप्ति तापमान कहा जाता है, और दबाव–संतृप्ति दबाव.

अब पानी की गैर-संतुलन अवस्थाओं पर विचार करें:

a) मान लीजिए कि तरल के ऊपर वाष्प का दबाव संतृप्ति दबाव के नीचे कम हो जाता है। इस मामले में, संतुलन गड़बड़ा जाता है, सबसे तेज़ अणुओं के कारण चरण इंटरफ़ेस के माध्यम से तरल चरण से गैसीय चरण में पदार्थ का एक असंतुलित संक्रमण होता है।

किसी पदार्थ के तरल चरण से गैसीय चरण में असंतुलित संक्रमण की प्रक्रिया को वाष्पीकरण कहा जाता है।

किसी पदार्थ के ठोस चरण से गैस चरण में अप्रतिपूरित संक्रमण की प्रक्रिया को उर्ध्वपातन या ऊर्ध्वपातन कहा जाता है।

परिणामस्वरूप वाष्प के गहन निष्कासन के साथ वाष्पीकरण या उर्ध्वपातन की तीव्रता बढ़ जाती है। इस मामले में, उच्चतम ऊर्जा वाले अणुओं के निकलने के कारण तरल चरण का तापमान कम हो जाता है। इसे दबाव कम किए बिना, केवल हवा की एक धारा प्रवाहित करके प्राप्त किया जा सकता है।

ख) एक खुले बर्तन में तरल को गर्मी की आपूर्ति करने दें। इस मामले में, तापमान, और तदनुसार तरल के ऊपर संतृप्त वाष्प का दबाव बढ़ता है और पूर्ण बाहरी दबाव (पी = पी एन) तक पहुंच सकता है। मामले में जब पी = पी एन, हीटिंग सतह पर, तापमान यहाँ प्रचलित दबाव पर तरल का तापमान संतृप्त वाष्प के तापमान से ऊपर उठ जाता है। द्रव की मोटाई में वाष्प के निर्माण के लिए परिस्थितियाँ निर्मित होती हैं।

किसी पदार्थ के तरल चरण से सीधे तरल के अंदर वाष्प चरण में संक्रमण की प्रक्रिया को उबलना कहा जाता है।

किसी तरल पदार्थ की मोटाई में वाष्प के बुलबुले के न्यूक्लियेशन की प्रक्रिया जटिल होती है। पानी को उबालने के लिए, ताप आपूर्ति की सतह पर वाष्पीकरण के केंद्र - अवसाद, उभार, अनियमितताएं आदि का होना आवश्यक है। गर्म सतह पर, उबलने के दौरान, यहां प्रचलित दबाव पर पानी और संतृप्त भाप के बीच तापमान का अंतर गर्मी की आपूर्ति की तीव्रता पर निर्भर करता है और दसियों डिग्री तक पहुंच सकता है।

किसी तरल पदार्थ के सतह तनाव बलों की क्रिया के कारण चरण इंटरफ़ेस पर तरल अधिक गर्म हो जाता है, जब यह इसके ऊपर संतृप्त वाष्प के तापमान के सापेक्ष 0.3-1.5 o C तक उबलता है।

किसी पदार्थ के तरल चरण से वाष्प चरण में संक्रमण की किसी भी प्रक्रिया को वाष्पीकरण कहा जाता है।

वाष्पीकरण के विपरीत प्रक्रिया, अर्थात्। किसी पदार्थ के वाष्प चरण से तरल चरण में असंतुलित संक्रमण को संक्षेपण कहा जाता है।

स्थिर वाष्प दबाव पर, स्थिर तापमान पर संघनन होता है (उबलने जैसा) और यह सिस्टम से गर्मी हटाने का परिणाम है।

उर्ध्वपातन के विपरीत प्रक्रिया, अर्थात्। किसी पदार्थ का वाष्प चरण से सीधे ठोस चरण में संक्रमण को डीसब्लिमेशन कहा जाता है।

आइए याद करें कि उबलने की प्रक्रिया में स्थानांतरित संतृप्त भाप और संतृप्ति तापमान की पहले से शुरू की गई अवधारणाएं उबलने के दौरान भाप और तरल के तापमान की समानता की व्याख्या करती हैं। इस स्थिति में, तरल और वाष्प चरणों का दबाव और तापमान दोनों समान होते हैं।

क्वथनांक पर पानी की तरल अवस्था को संतृप्त तरल कहा जाता है.

उबलते (संतृप्ति) तापमान पर भाप को शुष्क संतृप्त भाप कहा जाता है.

संतृप्त अवस्था में दो चरण वाले तरल + वाष्प मिश्रण को गीला संतृप्त वाष्प कहा जाता है।

थर्मोडायनामिक्स में, यह शब्द दो-चरण प्रणालियों तक फैला हुआ है जिसमें संतृप्त वाष्प तरल स्तर से ऊपर हो सकता है या इसमें निलंबित तरल बूंदों के साथ वाष्प के मिश्रण का प्रतिनिधित्व कर सकता है। गीली संतृप्त भाप को चिह्नित करने के लिए इसका उपयोग किया जाता है शुष्कता की डिग्री की अवधारणाएक्स, जो शुष्क संतृप्त भाप के द्रव्यमान का अनुपात है, एम एस.एन.पी., मिश्रण के कुल द्रव्यमान तक, एम सेमी = एम एस.एन.पी. + एम डब्ल्यू.एस.एन., यह संतृप्ति की स्थिति में तरल के साथ है:

संतृप्ति की स्थिति में पानी के तरल चरण के द्रव्यमान और मिश्रण के द्रव्यमान के अनुपात को आर्द्रता की डिग्री कहा जाता है(1):

स्थिर दबाव पर नम संतृप्त भाप को गर्मी की आपूर्ति से मिश्रण के तरल चरण का वाष्प चरण में संक्रमण होता है। इस मामले में, मिश्रण का तापमान (संतृप्ति) तब तक नहीं बढ़ाया जा सकता जब तक कि सारा तरल वाष्प में परिवर्तित न हो जाए। संतृप्त अवस्था में केवल वाष्प चरण में गर्मी की आपूर्ति से भाप के तापमान में वृद्धि होती है।

किसी दिए गए दबाव पर संतृप्ति तापमान से अधिक तापमान वाली भाप को अत्यधिक गरम भाप कहा जाता है। अत्यधिक गरम भाप का तापमान अंतरटी और समान दबाव की संतृप्त भापटी एन भाप अतिताप की डिग्री कहलाती हैडीटी पी = टी-टी एन.

जैसे-जैसे भाप की अतिताप की डिग्री बढ़ती है, इसकी मात्रा बढ़ती है, अणुओं की सांद्रता कम हो जाती है, और इसके गुण गैसों के करीब पहुंच जाते हैं।

6.2. एच 2 ओ के लिए चरण आरेख पी, टी-, पी, वी- और टी, एस

एच 2 ओ की स्थिति में परिवर्तन की विभिन्न थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं का विश्लेषण करने के लिए, चरण आरेखों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

चरण आरेख P,t- और P,v से परिचित होने के लिए, कल्पना करें कि पिस्टन के नीचे एक सिलेंडर में बर्फ है जो प्रारंभिक तापमान t 1 पर निरंतर दबाव बना रही है (चित्र 6.1)। हीट क्यू को सिलेंडर की दीवारों के माध्यम से आपूर्ति की जाती है; एच 2 ओ के हीटिंग और चरण संक्रमण की प्रक्रिया को टी, क्यू आरेख में दिखाया गया है। बर्फ को पिघलने के तापमान t pl (प्रक्रिया 1a) तक गर्म किया जाता है, जिसके बाद बर्फ एक स्थिर तापमान पर पिघलती है और पानी (aa") में बदल जाती है, फिर पानी को उबलते (संतृप्ति) तापमान t n (a"b) तक गर्म किया जाता है। , फिर वाष्पीकरण की प्रक्रिया होती है और पानी का शुष्क संतृप्त भाप (vv") में परिवर्तन होता है, इसके बाद भाप (v"2) को तापमान t 2 तक गर्म करने की प्रक्रिया होती है।

स्थिर दबाव पर बर्फ से अत्यधिक गरम भाप प्राप्त करने की वही प्रक्रिया (12) चित्र 6.2 में पी, टी समन्वय प्रणाली में प्रस्तुत की गई है। चूंकि चित्र में पिघलने (एए") और वाष्पीकरण (वीवी") की प्रक्रियाएं स्थिर तापमान पर होती हैं। 6.2 वे बिंदु ए और बी पर ध्यान केंद्रित करते हैं। पी,टी आरेख में, ये बिंदु दो-चरण मिश्रण के थर्मोडायनामिक संतुलन की विशेषता बताते हैं। ज्यामितीय रूप से, विभिन्न दबावों और संबंधित तापमानों पर इन बिंदुओं का स्थान चरण संक्रमण की रेखाओं का प्रतिनिधित्व करता है।

रेखा एबी - ठोस और तरल चरणों के चरण संक्रमण की रेखा। यह एक विषम रेखा है, क्योंकि अधिकांश पदार्थों के लिए, जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, गलनांक भी बढ़ता है; पानी के लिए, विपरीत सच है।

लाइन एके तरल और वाष्प चरणों के चरण संक्रमण की रेखा है; बढ़ते दबाव के साथ, पानी और भाप का क्वथनांक (संतृप्ति) तापमान भी बढ़ जाता है।

दबाव कम होने के साथ, पिघलने और संतृप्ति तापमान के बीच का अंतर कम हो जाता है, और बिंदु A पर ये वक्र एकत्रित हो जाते हैं। इस बिंदु A को जल का त्रिक बिंदु कहा जाता है; इसके निर्देशांक भौतिक स्थितियों को निर्धारित करते हैं(पी ओ आई टी ओ) , जिसमें किसी पदार्थ के सभी तीन चरण थर्मोडायनामिक संतुलन में होते हैं और एक साथ मौजूद हो सकते हैं। पानी के त्रिक बिंदु के पैरामीटर: को = 0.01 ओ सी या 273.16 कि औरआर ओ =611.2 पा .

ट्रिपल बिंदु के नीचे स्थित एसी वक्र ठोस और वाष्प चरणों के चरण संक्रमण और संतुलन की रेखा है, अर्थात। ऊर्ध्वपातन और ऊर्ध्वपातन की रेखा। इस प्रकार, डी प्रक्रिया के अनुरूप दबाव पर, जब ठोस चरण (डी) को बिंदु सी पर गरम किया जाता है, तो ठोस चरण भाप में परिवर्तित हो जाता है - उर्ध्वपातन; जब बिंदु सी पर ठंडा (प्रक्रिया एड) होता है, तो वाष्प ठोस चरण में परिवर्तित हो जाता है - डीसब्लिमेशन। दोनों ही मामलों में, संक्रमण तरल चरण को बायपास कर देता है।

चरण संक्रमण वक्र पी, टी आरेख के पूरे क्षेत्र को तीन क्षेत्रों में विभाजित करते हैं: बीएसी लाइनों के बाईं ओर ठोस अवस्था क्षेत्र (बर्फ) है, बीए और केए वक्रों के बीच तरल क्षेत्र है, और दाईं ओर केएएस अत्यधिक गरम वाष्प क्षेत्र है। इस मामले में, शीर्ष पर रेखा AK बिंदु K पर समाप्त होती है, जो महत्वपूर्ण मापदंडों द्वारा निर्धारित की जाती है। क्रांतिक मान से ऊपर के दबाव पर, तरल से वाष्प में कोई चरण संक्रमण दिखाई नहीं देता है।

जल उन पदार्थों को संदर्भित करता है जिनमें क्रिस्टलीय चरणों के कई संशोधन होते हैं। वर्तमान में, जल बर्फ के छह संशोधन ज्ञात हैं। पारंपरिक तकनीकी उपकरणों में प्राप्त दबाव पर, बर्फ का केवल एक संशोधन प्राप्त होता है। अन्य सभी संशोधन उच्च दबाव पर प्राप्त किए जा सकते हैं। ऐसे पदार्थों के लिए, P,t-आरेख में एक नहीं, बल्कि कई त्रिगुण बिंदु होते हैं, क्योंकि किसी शुद्ध पदार्थ की तीन से अधिक अवस्थाओं की संतुलन अवस्था असंभव है। ऐसे आरेख में मुख्य त्रिक बिंदु वह है जिसमें तरल, गैसीय और ठोस चरणों में से एक का संतुलन होता है (बिंदु ए, चित्र 6.2)।

आयतन परिवर्तन के सामान्य पैटर्न वाले पदार्थों के लिए(इनमें प्रकृति में पाए जाने वाले अधिकांश पदार्थ शामिल हैं, लेकिन पानी उनमें से एक नहीं है) निरंतर दबाव पर, बढ़ते तापमान के साथ आयतन लगातार बढ़ता है। ऐसे पदार्थों के लिए P=const पर, ठोस चरण का आयतन तरल के आयतन से कम होता है, और तरल का आयतन वाष्प के आयतन से कम होता है। इस मामले में, चरण संक्रमण के दौरान आयतन में परिवर्तन को चित्र में दर्शाया जा सकता है। 6.3.

बिंदु 1 पर - आयतन v 1 के साथ ठोस चरण, बिंदु a पर - आयतन v tp के साथ पिघलने वाले तापमान पर ठोस चरण, बिंदु a" पर - आयतन v l p के साथ पिघलने वाले तापमान पर तरल चरण, बिंदु c पर - तापमान संतृप्ति (उबलते) पर तरल चरण आयतन v के साथ", बिंदु b पर" - आयतन v के साथ संतृप्ति तापमान वाली भाप, बिंदु 2 पर - आयतन v 2 के साथ अत्यधिक गरम भाप। आयतन अनुपात v 2 >v">v">v w p >v t p >v 1, अर्थात। वी 2-वाष्प से वी1-ठोस चरण तक आयतन में सामान्य, प्राकृतिक कमी देखी गई है।

इस पैटर्न के अनुसार, एक चरण आरेख P,v का निर्माण करना संभव है सामान्य पदार्थ(चित्र 6.4)। इसे विभिन्न स्थिर दबावों पर प्रक्रिया 12 (छवि 6.3) के समान प्रयोगों का संचालन करके किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पी, वी आरेख (छवि 6.4) में एक सामान्य पदार्थ के लिए चरण संक्रमण रेखाएं होती हैं: डीसी - पिघलने के तापमान पर ठोस चरण ; एई - गलनांक पर तरल; АК - संतृप्ति तापमान पर तरल (उबलना, x=0); КL - शुष्क संतृप्त भाप (x=1), ВС - उर्ध्वपातन तापमान पर ठोस चरण।

एसवीडी लाइन के बाईं ओर ठोस अवस्था का क्षेत्र है; लाइनों VD और AE के बीच - ठोस चरण + तरल; लाइनों एई और एके के बीच - तरल क्षेत्र; लाइनों AK और KN के बीच - तरल + भाप; लाइनों सीबी, बीएन और एनएल के बीच - ठोस चरण + भाप; केएल लाइन के दाईं ओर वाष्प चरण क्षेत्र है। क्षैतिज रेखा BAN, P,t-आरेख में सामान्य पदार्थ के त्रिक बिंदु से मेल खाती है।

चरण आरेख T,s, P,v आरेख के समान दिखता है सामान्य पदार्थ(चित्र 6.5)। यहां, रेखा DВС के बाईं ओर - ठोस चरण, रेखाओं ВD और АЭ के बीच - एक दो चरण वाली स्थिति, ठोस चरण+द्रव, एई और एके के बीच - तरल चरण, बीसी और एनएल के बीच - दो चरण की स्थिति, ठोस चरण+भाप; केएल लाइन के दाईं ओर - अत्यधिक गर्म भाप; एके और केएन के बीच - दो चरण की स्थिति तरल+भापसंतृप्त अवस्था में (नम संतृप्त भाप)।

इन चरण आरेखों को पूरी तरह से पानी तक विस्तारित नहीं किया जा सकता है। पानी– विषम पदार्थतरल से ठोस अवस्था में आइसोबैरिक संक्रमण के दौरान, पानी की विशिष्ट मात्रा बढ़ जाती है (बर्फ पानी की सतह पर तैरती है)। इसलिए, पी,वी आरेख में, दो-चरण राज्य का क्षेत्र बर्फ+तरलगीले भाप और तरल के क्षेत्र पर आंशिक रूप से आरोपित।

चित्र में. चित्र 6.6 कम तापमान पर ठोस चरण के तरल में संक्रमण के क्षेत्र में पानी के लिए पी, वी चरण आरेख के क्षेत्र के एक बड़े पैमाने पर भाग को दिखाता है। यहां क्षैतिज एबीएन पी, टी-आरेख में पानी के त्रिक बिंदु के अनुरूप इज़ोटेर्म है। ऊर्ध्वाधर एई तरल के लिए त्रिक बिंदु के तापमान के अनुरूप इज़ोटेर्म है, और ऊर्ध्वाधर वीडी बर्फ का समान इज़ोटेर्म है। उनके बीच दो-चरणीय अवस्था का एक क्षेत्र है तरल+बर्फ.

एएमएनएल वक्र संतृप्ति तापमान (x=0) पर तरल रेखा का प्रतिनिधित्व करता है। दबाव और तापमान में वृद्धि के साथ, पानी के त्रिक बिंदु ए से शुरू होकर, उबलते पानी की विशिष्ट मात्रा पहले कम हो जाती है, बिंदु एम पर न्यूनतम (लगभग 4 डिग्री सेल्सियस और 800 पीए) तक पहुंच जाती है, और दबाव में और वृद्धि के साथ और तापमान, उबलते पानी की विशिष्ट मात्रा लगातार बढ़ती है। लगभग 8 o C (बिंदु N) के तापमान पर, यह बिंदु A पर विशिष्ट आयतन तक पहुँच जाता है, और तरल के दो इज़ोटेर्म ऊर्ध्वाधर NE (0 और 8 o C) पर मेल खाते हैं। इसी प्रकार, रेखा एमएन के ऊपर ऊर्ध्वाधर पानी के तरल चरण के दो इज़ोटेर्म के अनुरूप होंगे। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, तरल एक खराब संपीड़ित चरण है, इसलिए, जल क्षेत्र में, इज़ोटेर्म लगभग ऊर्ध्वाधर सीधी रेखाएं हैं।

पानी का ठोस चरण भी खराब रूप से संपीड़ित होता है, अर्थात। पी, वी आरेख में बर्फ के लिए इज़ोटेर्म लगभग सीधी ऊर्ध्वाधर रेखाएं हैं। इसके अलावा, 0°C पर ठोस चरण का आयतन 0°C से नीचे के तापमान पर पिघलने की अवस्था में बर्फ के आयतन के करीब होता है, और 0°C पर तरल चरण का आयतन तरल के आयतन के करीब होता है। नकारात्मक तापमान पर संतृप्ति की स्थिति में। दबाव पर बर्फ के पिघलने के तापमान में परिवर्तन की निर्भरता दबाव पर संतृप्ति तापमान में परिवर्तन की तुलना में कमजोर रूप से व्यक्त की जाती है, इसलिए -20 डिग्री सेल्सियस पर बर्फ 187.3 एमपीए के दबाव पर पिघलती है, और +20 डिग्री सेल्सियस पर पानी उबलता है। 2.33 kPa का दबाव. उपरोक्त सभी हमें तरल के लिए 0 o C इज़ोटेर्म स्वीकार करने की अनुमति देते हैं - रेखा AE - और पिघलने की स्थिति में बर्फ - P, v आरेख में BD - तरल चरण, दो-चरण की स्थिति के बीच सीमा वक्र के रूप में बर्फ+तरलऔर ठोस चरण पानी के त्रि-बिंदु दबाव से ऊपर के सभी दबावों के लिए. इस मामले में, 0 o C से नीचे के तापमान रेंज में, ठोस चरण रेखा ВD के बाईं ओर होगा, और तरल चरण रेखा АЭ के बाईं ओर होगा, क्योंकि जैसे-जैसे तापमान घटता है, तरल और ठोस दोनों चरणों का आयतन कम हो जाता है, और बर्फ का पिघलने का दबाव पानी के त्रिक बिंदु के दबाव से अधिक हो जाता है। हालाँकि, व्यवहार में उपयोग की जाने वाली दबाव सीमाओं के भीतर ये विचलन बहुत छोटे हैं।

बर्फ के सीधे वाष्प में चरण संक्रमण की रेखा (ऊर्ध्वपातन रेखा) त्रिक बिंदु - रेखा BC के दबाव से नीचे के दबाव पर स्थित होती है। इस रेखा पर जैसे-जैसे दबाव कम होता जाता है, बर्फ का तापमान और उसका आयतन कम होता जाता है। रेखा BC के बाईं ओर केवल ठोस चरण है, दाईं ओर - ठोस चरण+भाप.

परिणामस्वरूप, पानी के लिए P,v चरण आरेख का रूप चित्र में दिखाया गया है। 6.7, ए. यहां, सीवीडी लाइन के बाईं ओर पानी का एक ठोस चरण है, एके लाइन के बाईं ओर पानी का एक तरल चरण है, ईएबीडी लाइनों के बीच एक दो चरण की स्थिति है तरल+बर्फ, सीबीएनएल लाइनों के बीच - दो चरण की स्थिति बर्फ+भाप, केएल लाइन के ऊपर - अत्यधिक गर्म भाप। पानी के असामान्य गुणों के कारण, पानी की विभिन्न चरण अवस्थाओं के क्षेत्र P, v आरेख में ओवरलैप होते हैं: दो चरण वाली अवस्था का क्षेत्र बर्फ+तरलईएबीडी तरल क्षेत्र ईएएमडी और दो-चरण राज्य के क्षेत्र पर आरोपित है तरल+भापएएमवीए, इसके अलावा, लाइन वीडी के बाईं ओर ठोस चरण के क्षेत्र पर एक ओवरले है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि चित्र में इन क्षेत्रों की छवि। 6.7, लेकिन पैमाने को देखे बिना, अधिक स्पष्टता के लिए इसे बड़ा किया गया। वास्तव में, तरल और बर्फ की मात्रा बिंदु A और B की तुलना में बहुत कम होती है, साथ ही, घटते तापमान और बढ़ते दबाव के साथ, इन चरण अवस्थाओं की मात्रा कम हो जाती है, अर्थात। रेखा AE के बाईं ओर, दबाव बढ़ने पर तरल क्षेत्र बढ़ता है, और ठोस चरण, रेखा AE के बाईं ओर होने के कारण, नकारात्मक तापमान पर पानी के तरल चरण के क्षेत्र के बाईं ओर स्थित नहीं हो सकता है।

चित्र में P,v आरेख में पानी के विभिन्न चरणों के ओवरलैप को दर्शाने के लिए। 6.7, ए, बी दो आइसोथर्म (धराशायी रेखाएं) दिखाते हैं जिनका तापमान अधिक (t>t o) और कम (t) है

इज़ोटेर्म 1234 का तापमान 0 o C से कम है और तरल क्षेत्र में लाइन 12 पर P, v आरेख में, लाइन 22 पर - दो-चरण राज्य के क्षेत्र में गुजरता है तरल+बर्फ, लाइन 2"3 पर ​​- बर्फ क्षेत्र में, लाइन 33" पर - दो चरण वाले राज्य के क्षेत्र में बर्फ+भाप, लाइन 3"4 पर - अत्यधिक गरम भाप के क्षेत्र में।

इज़ोटेर्म 567 का तापमान 0 o C से अधिक है और यह पी, वी आरेख में तरल क्षेत्र में लाइन 56 पर, लाइन 66 पर - दो चरण वाले राज्य के क्षेत्र में गुजरता है। तरल+भाप, लाइन 6"7 पर - अत्यधिक गरम भाप के क्षेत्र में।

पी,वी आरेख में इन इज़ोटेर्म के प्रतिच्छेदन बिंदु एक दूसरे पर पानी की विभिन्न चरण स्थितियों के सुपरपोजिशन को दर्शाते हैं। इन बिंदुओं पर, इन चरण अवस्थाओं में समान दबाव और अलग-अलग तापमान पर समान विशिष्ट आयतन होते हैं। तो इज़ोटेर्म 56 पर तरल का विशिष्ट आयतन समान होता है तरल+बर्फ 22" इज़ोटेर्म पर किसी एक बिंदु से, और 2"3 इज़ोटेर्म पर बर्फ का आयतन समान होता है तरल+भाप 66" इज़ोटेर्म पर एक बिंदु से।

पानी के चरण टी, एस आरेख का निर्माण करते समय, संतृप्ति की स्थिति में तरल के लिए एन्ट्रापी की उत्पत्ति को पानी के त्रिक बिंदु (टी ओ = 0.01 ओ सी और पी ओ = 611.2 पा) के मापदंडों पर चुना जाता है (x) = 0).

भविष्य में जल के त्रिक बिंदु के तापमान और 0°C के बीच कम अंतर के कारण शून्य डिग्री सेल्सियस का मान मुख्य रूप से उपयोग किया जाएगा (इससे हमारा तात्पर्य जल के त्रिक बिंदु के तापमान से है)।

विभिन्न दबावों (पानी के त्रिगुण बिंदु और अधिक के दबाव से) के लिए 0 o C के तापमान पर पानी के तरल चरण की एन्ट्रॉपी में लगभग समान संख्यात्मक मान होंगे, शून्य के करीब। 0 डिग्री सेल्सियस और विभिन्न दबावों पर पानी के तरल चरण की एन्ट्रापी की समानता को पानी के तरल चरण की खराब संपीड़न क्षमता द्वारा समझाया गया है। चूंकि एन्ट्रापी, किसी भी राज्य पैरामीटर की तरह, दो स्वतंत्र राज्य मापदंडों द्वारा निर्धारित की जाती है, 0 डिग्री सेल्सियस इज़ोटेर्म पर तापमान और तरल की विशिष्ट मात्रा की समानता इन बिंदुओं पर एन्ट्रॉपी की समानता के अनुरूप होगी। इन बिंदुओं पर शून्य से एन्ट्रापी के संख्यात्मक मानों का विचलन 1 kJ/(kg K) का हजारवां हिस्सा है। उपरोक्त के आधार पर, टी, एस आरेख में पानी के तरल चरण का इज़ोटेर्म 0 o C बिंदु A का प्रतिनिधित्व करेगा (चित्र 6.8, a)।

बर्फ के पिघलने की विशिष्ट ऊष्मा एक धनात्मक मान है, इसलिए 0 o C पर यह 335 kJ/kg के बराबर है, इसलिए पानी के त्रिक बिंदु के तापमान और दबाव पर ठोस चरण के अनुरूप बिंदु B स्थित होगा बिंदु A के बाईं ओर, अर्थात ऋणात्मक एन्ट्रापी मान पर।

पानी के विषम गुण तरल, ठोस और संतुलन दो-चरण के क्षेत्रों में एक सामान्य पदार्थ के लिए टी, एस आरेख की तुलना में इसके टी, एस चरण आरेख की प्रकृति को बदल देंगे। ठोस + तरलऔर ठोस + भापराज्य. सबसे पहले, ये क्षेत्र पानी के त्रिक बिंदु समताप रेखा से नीचे होंगे, क्योंकि बर्फ केवल 0 o C से कम (या इसके बराबर) तापमान पर मौजूद हो सकती है। दूसरे, वे उर्ध्वपातन क्षेत्र पर आरोपित होंगे, जहां ठोस और वाष्प चरण एक साथ स्थित होते हैं। पानी का तरल चरण 0 o C से नीचे के तापमान पर भी हो सकता है, अर्थात। इन तापमानों पर तरल चरण क्षेत्र के टी, एस आरेख में दो चरण वाले राज्यों के क्षेत्रों के साथ फिर से ओवरलैप होगा तरल+बर्फऔर भाप+बर्फ.

बर्फ के पिघलने की सकारात्मक विशिष्ट गर्मी और बर्फ से तरल में चरण संक्रमण के दौरान नकारात्मक (डिग्री सेल्सियस में) तापमान मान चरण संक्रमण की सीमा रेखाओं के स्थान को समझाते हैं: बीसी - उर्ध्वपातन रेखा, एई - पिघलने पर तरल रेखा तापमान, वीडी - पिघलने के तापमान पर बर्फ की रेखा (चित्र .6.8, ए)। इस क्षेत्र में चरण संक्रमण की रेखाओं की प्रकृति को दबाव पर तरल और बर्फ की समदाब रेखीय ताप क्षमता की निर्भरता द्वारा समझाया गया है (टी, एस आरेख में कम ताप क्षमता वाली रेखाएं उच्च ताप क्षमता वाली रेखाओं की तुलना में अधिक तीव्र होती हैं)। बीसी ऊर्ध्वपातन रेखा वीडी रेखा की तुलना में चपटी होती है, क्योंकि बर्फ की समदाब रेखीय ताप क्षमता घटते दबाव के साथ बढ़ती है, और उसी तापमान पर बीसी रेखा पर दबाव वीडी रेखा पर दबाव से कम होता है। बदले में, वीडी लाइन एई लाइन की तुलना में अधिक तीव्र होती है, क्योंकि समान तापमान पर बर्फ की आइसोबैरिक ताप क्षमता तरल की ताप क्षमता से कम होती है।

पानी के लिए टी, एस चरण आरेख चित्र में प्रस्तुत किया जाएगा। 6.8, ए. केएई लाइन के बाईं ओर पानी के तरल चरण का एक क्षेत्र होगा, डीबीएई लाइनों के बीच दो चरण की स्थिति का एक क्षेत्र होगा तरल+बर्फ, रेखाओं Т o ВD के बीच - ठोस चरण का क्षेत्र, रेखाओं СВNL - क्षेत्र के बीच ठोस चरण+भाप, केएल लाइन के ऊपर अत्यधिक गर्म भाप का क्षेत्र है। दो-चरण क्षेत्र तरल+बर्फडीबीएई दो चरण वाले राज्य के क्षेत्र पर आरोपित है बर्फ+भापएसवीएनएल।

बदले में, दो-चरण वाले राज्य के क्षेत्र में भाप+बर्फसीबीएनएल सीबीडी बर्फ क्षेत्र पर आरोपित है। इसके अलावा, बर्फ के क्षेत्र और दो-चरण वाले राज्यों में बर्फ+भापऔर तरल+बर्फरेखा AE के बायीं ओर तरल क्षेत्र आरोपित है। लाइन वीडी पर पिघलने की स्थिति में बर्फ का एक क्षेत्र है, लाइन एई पर - पिघलने के तापमान पर तरल, लाइन वीसी पर - उर्ध्वपातन का क्षेत्र, बर्फ और के बीच की सीमा नौका+बर्फ, लाइन एके पर - संतृप्ति की स्थिति में तरल का क्षेत्र, लाइन केएल पर - शुष्क संतृप्त वाष्प। चित्र में टी,एस आरेख में पानी के चरण परिवर्तनों की स्पष्टता के लिए। 2.8, और बिंदीदार रेखा अधिक दबाव (पी>पी ओ) और कम (पी) के साथ आइसोबार दिखाती है<Р o), чем давление в тройной точке воды. Те же изобары показаны на рис. 6.8, б в Р,t- диаграмме.

भविष्य में, 0 o C से अधिक या उसके बराबर तापमान पर पानी के तरल और वाष्प चरणों के गुणों पर मुख्य ध्यान दिया जाएगा। इसलिए, चरण आरेखों में हम केवल इन क्षेत्रों को चित्रित करेंगे, अर्थात। व्यावहारिक रूप से यह बिंदु A के माध्यम से खींचे गए ऊर्ध्वाधर के सापेक्ष दाहिना पक्ष है। इस मामले में, P, v आरेख में, तरल क्षेत्र में 0 o C इज़ोटेर्म को तरल चरण की बाईं सीमा वक्र के रूप में माना जा सकता है, क्योंकि यह लगभग एक ऊर्ध्वाधर रेखा है. टी,एस आरेख में, पानी के तरल चरण के त्रिक बिंदु के मापदंडों को एन्ट्रापी के शुरुआती बिंदु के रूप में लिया जाता है। चूँकि 0 o C पर पानी के तरल चरण का आयतन व्यावहारिक रूप से त्रिक बिंदु पर इसके आयतन के बराबर होता है, और पानी के त्रिक बिंदु का तापमान 0 o C के बहुत करीब होता है, इन दो मापदंडों की स्थिरता एक देगी विभिन्न दबावों पर पानी के तरल चरण की एन्ट्रापी का स्थिर मान और t = 0 o C इस प्रकार, पानी के तरल चरण के क्षेत्र में सभी आइसोबार टी, एस आरेख में बिंदु ए छोड़ देंगे।

इस प्रकार, पी, वी आरेख में पानी के तरल और वाष्प चरणों के लिए मुख्य रेखाएं और प्रक्रियाएं चित्र में प्रस्तुत की जा सकती हैं। 6.9. यहां, तरल क्षेत्र (12) में सबक्रिटिकल इज़ोटेर्म बाईं ओर थोड़ी सी शिफ्ट के साथ ऊर्ध्वाधर सीधी रेखाओं के करीब हैं। गीली भाप (23) के क्षेत्र में, इज़ोटेर्म संतृप्ति आइसोबार के साथ मेल खाता है। अत्यधिक गरम भाप (34) के क्षेत्र में, इज़ोटेर्म नीचे की ओर एक उत्तल वक्र का प्रतिनिधित्व करता है। क्रांतिक इज़ोटेर्म में क्रांतिक बिंदु पर एक विभक्ति बिंदु होता है। t > tcr पर इज़ोटेर्म में एक विभक्ति बिंदु भी हो सकता है, जो उच्च तापमान पर गायब हो जाता है।

स्थिर एन्ट्रापी की रेखाएँ नीचे की ओर उत्तल वक्र होती हैं। इसके अलावा, पंक्तियाँ एस< s кр пересекают только линию x = 0, а линии s >s cr केवल रेखा x = 1 को प्रतिच्छेद करता है।

रेखाओं का निर्माण x=const खंडों के अनुपात से मेल खाता है:

तरल की विशिष्ट मात्रा शुष्क संतृप्त भाप की विशिष्ट मात्रा से बहुत भिन्न होती है। तो पानी के त्रिक बिंदु पर, तरल (बिंदु A) में v o "=0.00100022 m 3 /kg है, और भाप में - v o "=206.175 m 3 /kg है, क्रांतिक बिंदु पर v cr =0.003147 m 3 /kg है। 1 बार के दबाव पर, v"=0.0010434 m3/kg, और v"=1.6946 m3/kg। परिणामस्वरूप, x=0 रेखा x=1 रेखा से अधिक तीव्र है।

पानी के तरल और वाष्प चरणों के थर्मोडायनामिक गुणों के विस्तृत अध्ययन के बाद मुख्य प्रक्रियाओं और मापदंडों की रेखाओं के साथ पानी के तरल और वाष्प चरणों के लिए टी, एस आरेख की एक छवि दी जाएगी।