Диаграмма состояния

Диаграмма состояния, диаграмма равновесия, фазовая диаграмма, графическое изображение соотношений между параметрами состояния физико-химической системы (температурой, давлением и др.) и её составом. В простейшем случае, когда система состоит только из одного компонента, диаграмма состояния представляет собой трёхмерную пространственную фигуру, построенную в трёх прямоугольных координатных осях, по которым откладывают температуру (Т), давление (p) и мольный объём (v). Пользование объёмной диаграммой состояния неудобно вследствие её громоздкости; поэтому на практике применяют проекцию диаграмм состояния на одну из координатных плоскостей, обычно на плоскость p — Т.

  В качестве простейшего примера на рис. изображена (без соблюдения масштаба) диаграмма состояния двуокиси углерода CO2. Любая точка диаграммы состояния (фигуративная точка) изображает состояние CO2 при температуре и давлении, отвечающих этой точке. Точка О (тройная точка) отвечает равновесию трёх фаз — твёрдой, жидкой и газообразной CO2. В точке О пересекаются три кривые: ОА (кривая возгонки), отвечающая равновесиям твёрдой и газообразной CO2; OK (кривая испарения), отвечающая равновесиям жидкой и газообразной CO2; ОВ (кривая плавления) — твёрдой и жидкой CO2. Эти кривые делят плоскость диаграммы на три поля — области существования трёх фаз: твёрдой S, жидкой L и газообразной G. Точка К отвечает критической температуре CO2 (31,0°С), при которой исчезает различие между свойствами жидкости и газа. Согласно терминологии фаз правила, точке О отвечает нонвариантное равновесие, точкам на кривых ОА, ОВ и ОК — моновариантное равновесие, а точкам на полях S, L и G — дивариантное равновесие. В случае полиморфизма диаграмма состояния усложняется (число тройных точек равно числу полиморфных превращений). О диаграммах состояния систем, число компонентов которых больше 1, см. в статье Двойные системы.

  Экспериментальное построение диаграмм состояния осуществляется различными методами физико-химического анализа, термических и рентгенографических анализов, оптической и электронной микроскопии, дилатометрии, измерения электросопротивления, твёрдости и др. свойств. Правильность построения диаграммы состояния проверяется на основании правила фаз, принципа соответствия и принципа непрерывности. Диаграммы состояния широко применяют на практике в металловедении, металлургии, химии и др.; например, диаграмма состояния железоуглерод имеет важное значение для термической обработки стали.

 

  Лит.: Аносов В. Я., Погодин С. А., Основные начала физико-химического анализа, М.—Л., 1947; Аносов В. Я., Краткое введение в физико-химический анализ, М., 1959; Древинг В. П., Калашников Я. А., Правило фаз с изложением основ термодинамики, 2 изд., М., 1964.

  С. А. Погодин.

 


Диаграмма состояния двуокиси углерода CO2.


ПраймКемикалсГрупп