imported>Sldst-bot: Уточнение даты установки ш:Нет источников: 2010-04-29 (до 2024-10-20 ш:Rq с параметром sources)

2025-09-05T14:12:28Z

Уточнение даты установки ш:Нет источников: 2010-04-29 (до 2024-10-20 ш:Rq с параметром sources)

Новая страница

{{Фазовые переходы}}
[[Файл:A small cup of coffee.JPG|thumb|240px|right|Растворимый кофе — гомогенная система (однофазная многокомпонентная)]]
[[Файл:Water and ice.jpg|thumb|240px|right|Лёд в воде — гетерогенная система (двухфазная однокомпонентная)]]
'''Термодинами́ческая фа́за''' — [[Гомогенная система|гомогенная часть]] [[Гетерогенная система|гетерогенной системы]], ограниченная [[Поверхность раздела фаз|поверхностью раздела]]{{sfn|Базаров И. П., Термодинамика|2010|с=22}}{{sfn|Термодинамика. Основные понятия. Терминология. Буквенные обозначения величин|1984|с=7}}; определение по Дж. Гиббсу: '''термодинами́ческая фа́за''' — состояние вещества, не зависящее от размеров и формы системы<ref>{{Книга|автор=Еремин В. В.,
Каргов С. И.,
Успенская И. А.,
Кузьменко Н. Е.,
Лунин В. В.|заглавие=Основы физической химии|год=2019|издание=5-е изд., перераб. и доп.|место=М.|издательство=Лаборатория знаний|том=1|страницы=88|isbn=978-5-00101-634-2}}</ref>. Менее строго, но более наглядно фазой называют гомогенную часть системы, отделенную от остальных частей видимой<ref>Поверхность раздела не всегда видна невооружённым глазом, но гетерогенность системы может быть обнаружена, например, по оптической неоднородности среды — появлению [[Эффект Тиндаля|конуса Тиндаля]] при прохождении [[Световой луч|светового пучка]] через [[Коллоидные системы|коллоидную систему]] (см. [https://web.archive.org/web/20180815103736/http://chemistry-chemists.com/N2_2016/ChemistryAndChemists_2_2016-P5-1.html Витер В. Н. Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)]).</ref> поверхностью раздела{{sfn|Герасимов Я. И. и др., Курс физической химии, т. 1|1970|с=27}}, на которой скачком меняются какие-либо характеристики фазы{{sfn|''Овчинкин В. А.'' Фазовые переходы и равновесия|2018|с =4}}, например [[плотность]], состав, оптические свойства. При этом совокупность отдельных гомогенных частей системы, обладающих одинаковыми свойствами, считается одной фазой (например, совокупность [[кристалл]]ов одного [[Вещество|вещества]] или совокупность капелек [[жидкость|жидкости]], взвешенных в [[газ]]е и составляющих [[туман]]){{sfn|Герасимов Я. И. и др., Курс физической химии, т. 1|1970|с=26–27}}. Каждая фаза системы характеризуется собственным уравнением состояния{{sfn|Герасимов Я. И. и др., Курс физической химии, т. 1|1970|с=27}}.

При переходе через поверхность раздела хотя бы одно термодинамическое свойство вещества изменяется скачком{{sfn|Базаров И. П., Термодинамика|2010|с=22}}{{sfn|Термодинамика. Основные понятия. Терминология. Буквенные обозначения величин|1984|с=6}}. Часто (но не всегда) поверхность раздела является видимой невооружённым глазом.

Гомогенная система содержит только одну фазу; гетерогенная система состоит из двух или более фаз{{sfn|Мюнстер А., Химическая термодинамика|1971|с=15}}. Система «[[лёд]] — [[вода]] — [[влажный воздух]]» — гетерогенная трёхфазная. В однокомпонентной системе разные фазы могут быть представлены разными [[Агрегатное состояние|агрегатными состояниями]] или разными [[Полиморфизм кристаллов|полиморфными модификациями]] твёрдого вещества (ромбическая и моноклинная [[сера]], серое и белое [[олово]] и др.){{sfn|Базаров И. П., Термодинамика|2010|с=22}}. Число фаз в гетерогенной системе подчиняется [[Правило фаз|правилу фаз Гиббса]].

В многокомпонентной системе фазы могут иметь различный состав и структуру. В любом случае при наличии раздела фаз подразумевается принципиальная возможность перехода вещества из одной фазы в другую. Многофазная система находится в термодинамическом равновесии, если все её фазы находятся в ''механическом'', ''тепловом'' и ''фазовом'' равновесии друг с другом.

== Основные понятия ==
[[Газ]] почти всегда состоит из одной фазы{{#tag:ref|При низких давлениях газы смешиваются друг с другом в любых соотношениях. При высоких давлениях и температурах выше [[Критическая точка (термодинамика)|критической]] взаимная растворимость газов может быть ограниченной и возможно равновесное сосуществование двух газовых фаз; такие системы рассматривают как расслаивающиеся газовые растворы{{sfn|''Анисимов М. А.'', Газы|1988|с =474}}.|group=K}}, [[жидкость]] может состоять из нескольких жидких фаз разного состава ([[ликвация]], [[жидкостная несмешиваемость]]), но двух разных жидкостей одного состава в равновесии сосуществовать не может ([[жидкий гелий]] — исключение). Вещество в твердом состоянии может состоять из нескольких фаз, причем некоторые из них могут иметь одинаковый состав, но различную структуру ([[Полиморфизм кристаллов|полиморфные модификации,]] [[аллотропия]]).

Разные фазы обладают различными вариантами упаковки молекул (для кристаллических фаз, различными кристаллическими решетками), и, следовательно, своими характерными значениями коэффициента сжимаемости, коэффициента теплового расширения и прочими характеристиками. Кроме того, различные фазы могут обладать разными электрическими (сегнетоэлектрики), магнитными (ферромагнетики), и оптическими свойствами (например, твёрдый кислород).

== Термодинамические фазы на фазовой диаграмме ==
[[Файл:Phase-diag ru.svg|thumb|350px|Типичные виды фазовых диаграмм. Зелёная линия из точек показывает [[Тройная точка воды|аномальное поведение воды]]]]
[[Файл:Phase diagram of Helium-4-ru.svg|thumb|350px|Фазовая диаграмма гелия-4]]

На [[фазовая диаграмма|фазовой диаграмме]] вещества различные термодинамические фазы занимают определённые области. Линии, разделяющие различные термодинамические фазы, называются '''линиями фазового перехода'''. Если вещество находится в условиях, отвечающих точке внутри какой-либо области, то оно полностью находится в этой термодинамической фазе. Если же состояние вещества отвечает точке на одной из линий фазовых переходов, то вещество в термодинамическом равновесии может находиться частично в одной, а частично в другой фазе. Пропорция двух фаз определяется, как правило, полной энергией, запасённой системой.

При медленном изменении давления или температуры вещество описывается движущейся точкой на фазовой диаграмме. Если эта точка в своём движении пересекает одну из линий, разделяющих термодинамические фазы, происходит [[фазовый переход]], при котором физические свойства вещества меняются скачкообразно.

Не все фазы полностью отделены друг от друга линией фазового перехода. В некоторых случаях эта линия может обрываться, оканчиваясь [[Критическая точка (термодинамика)|критической точкой]]. В этом случае возможен постепенный, а не скачкообразный переход из одной фазы в другую, в обход линии фазовых переходов.

Точка на фазовой диаграмме, где сходятся три линии фазовых переходов, называется [[тройная точка|тройной точкой]]. Обычно под тройной точкой вещества подразумевается частный случай, когда сходятся линии плавления, кипения и сублимации, однако на достаточно богатых фазовых диаграммах может быть несколько тройных точек. Вещество в тройной точке в состоянии термодинамического равновесия может частично находиться во всех трёх фазах. На многомерных фазовых диаграммах (то есть если кроме температуры и давления присутствуют иные интенсивные величины) могут существовать четверные и прочие точки.

== Термодинамические фазы и агрегатные состояния вещества ==
Набор термодинамических фаз вещества обычно значительно богаче набора [[агрегатное состояние|агрегатных состояний]], то есть одно и то же агрегатное состояние вещества может находиться в различных термодинамических фазах. Именно поэтому описание вещества в терминах агрегатных состояний довольно огрублённое, и оно не может различить некоторые физические разные ситуации.

Богатый набор термодинамических фаз связан, как правило, с различными вариантами [[порядок (физика)|порядка]], которые допускаются в том или ином агрегатном состоянии.
* В газообразном состоянии вещество не обладает никаким порядком. Соответственно, в газообразном состоянии любое вещество обладает только одной термодинамической фазой. (Фазовые переходы типа диссоциации молекул или [[Ионизация|ионизации]] являются, по определению, переходами одного вещества в другое).
* Жидкость обладает ориентационным порядком, но, как правило, не обладает [[Трансляция (кристаллография)|трансляционным порядком]]. В результате у одной и той же жидкости могут быть разные термодинамические фазы, однако количество их редко превышает единицу. Так, например, существование новой жидкой фазы обнаружено в [[Переохлаждённая жидкость|переохлаждённой воде]]. Другой пример — [[Сверхтекучесть|сверхтекучее состояние]] в [[Жидкий гелий|жидком гелии]].
* Кристаллическое [[твёрдое тело]] обладает как [[Трансляция (кристаллография)|трансляционным]], так и ориентационным порядком. В результате возникает большое число возможных вариантов ориентации соседних молекул друг относительно друга, которые могут оказаться энергетически выгодными при тех или иных давлении и температуре. В результате твёрдые тела обладают, как правило, достаточно сложной фазовой диаграммой. Например, [[фазовая диаграмма]] такого, казалось бы, простого вещества, как [[лёд]], насчитывает по крайней мере 12 термодинамических фаз, реализующихся при различных температурах и давлениях.

== Выделение фаз ==
'''Выделение фаз''' — превращение гомогенной системы в двух- или многофазную — широко используется в науке и технике.

[[Кристаллизация]] позволяет получать чистые вещества.

При высоких давлениях может наблюдаться такое явление, как расслоение в системе газ — газ. На возможность существования гетерогенного равновесия в газовой смеси выше критической температуры было указано ещё [[Ван-дер-Ваальс]]ом, и затем это явление было проанализировано [[Камерлинг-Оннес]]ом и [[Кеезом]]ом. Экспериментальное доказательство наличия такого явления было впервые получено на примере системы [[аммиак]] — [[азот]] в 1941 году. Вначале предполагалось, что ограниченная взаимная [[растворимость]] наблюдается лишь в газовых смесях, содержащих полярный компонент ([[аммиак]], [[сероводород]]). Однако впоследствии было установлено расслоение смесей [[гелий]] — [[диоксид углерода]], гелий — [[этилен]] и гелий — [[пропан]]. В системе гелий — этилен существование поверхности раздела фаз при ограниченной взаимной растворимости газов было подтверждено визуальными наблюдениями и фотографированием [[мениск]]а между двумя газовыми фазами.

При расслоении смеси газов иногда наблюдается так называемое ''баротропное явление'' — перемена местами двух сосуществующих фаз при увеличении давления. К примеру, в двойной системе NH<sub>3</sub>(ж.) — N<sub>2</sub>(г.) фаза, более богатая аммиаком, имеет большую плотность. Однако при расслоении смеси (90 °C, 1800 ат (~1,84 кбар)) фаза, более богатая аммиаком, имеет уже меньшую [[плотность]] и поднимается вверх<ref>Гоникберг М. Г. Химическое равновесие и скорость реакций при высоких давлениях.// М.: Изд. АН СССР, 1960 г., c. 19 — 24</ref>.

== См. также ==
* [[Правило фаз]]
* [[Переохлаждение]]
* [[Перегрев]]
* [[Phase-change Dual]] — технология записи оптических дисков, основанная на двойной смене фазового состояния вещества.

== Комментарии ==
{{примечания|group=K}}

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{статья|автор =Анисимов М. А.|заглавие =Газы|ссылка = |язык =ru|издание =[[Химическая энциклопедия]]|издательство =[[Большая Российская энциклопедия (издательство)|Советская энциклопедия]]|год =1988|том =1: Абл — Дар|номер = |страницы =474—475|doi = |ref =''Анисимов М. А.'', Газы}}
* {{книга|автор =Базаров И. П.|заглавие =Термодинамика|издание =5-е изд|место =СПб.—М.—Краснодар|издательство =Лань|год =2010|том= |страниц =384|серия =Учебники для вузов. Специальная литература|isbn =978-5-8114-1003-3|ref =Базаров И. П., Термодинамика|2010}}
* {{книга|автор=Герасимов Я. И., Древинг В. П., Еремин Е. Н. и др.|заглавие=Курс физической химии|ответственный=Под общ. ред. Я. И. Герасимова|издание=2-е изд|место=М.|издательство=Химия|год =1970|том=I|страниц=592|серия= |isbn= |ref =Герасимов Я. И. и др., Курс физической химии, т. 1|1970}}
* {{книга|автор =Мюнстер А.|заглавие =Химическая термодинамика|ответственный =Пер. с нем. под. ред. чл.-корр. АН СССР Я. И. Герасимова|издание= |место =М.|издательство =Мир|год =1971|том= |страниц =296|серия= |isbn= |ref =Мюнстер А., Химическая термодинамика|1971}}
* {{книга|автор =Овчинкин В. А.|заглавие =Фазовые переходы и равновесия|издание = |место =М.|издательство =Физматкнига|год =2018|том = |страниц =48|серия = |isbn =978-5-89155-282-1|ref =''Овчинкин В. А.'' Фазовые переходы и равновесия}}
* {{книга|автор=[[Сивухин, Дмитрий Васильевич|Сивухин Д. В.]]|заглавие=Общий курс физики. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика|издание=5 изд., испр.|издательство=ФИЗМАТЛИТ|год=2005|место=М.|страниц=544|isbn=5-9221-0601-5|ref=Сивухин, Т. II. Термодинамика и молекулярная физика}}
* {{книга|автор= |заглавие =Термодинамика. Основные понятия. Терминология. Буквенные обозначения величин|ответственный =Отв. ред. [[Новиков, Иван Иванович|И. И. Новиков]]|издание =АН СССР. Комитет научно-технической терминологии. Сборник определений. Вып. 103|место =М.|издательство =Наука|год =1984|том= |страниц =40|серия= |isbn= |ref =Термодинамика. Основные понятия. Терминология. Буквенные обозначения величин|1984}}

== Ссылки ==
* [https://web.archive.org/web/20070704045843/http://physicsweb.org/articles/news/8/9/15/1 Французские физики обнаружили систему, обратимо твердеющую при повышении температуры] — α-[[циклодекстрин]], [[вода]], и [[4-метилпиридин]]

{{Нет источников |дата=2010-04-29}}

{{Состояния материи}}

[[Категория:Термодинамика]]
[[Категория:Фазовые переходы]]

Термодинамическая фаза - История изменений

imported>Sldst-bot: Уточнение даты установки ш:Нет источников: 2010-04-29 (до 2024-10-20 ш:Rq с параметром sources)