Final questions 2022 (z)

Question 1

Στο διάγραμμα φάσεων πίεσης-θερμοκρασίας, τι συμβολίζει η καμπύλη του ορίου στερεού - υγρού και τι η καμπύλη υγρού - αερίου ? Ποιά κλίση είναι θετική και ποιά είναι πιο απότομη ? Εξηγήστε ποιοτικά.

Answer 1

Το διάγραμμα φάσης συνδυάζει διαγράμματα πίεσης έναντι θερμοκρασίας για τις ισορροπίες μετάπτωσης φάσης υγρού-αερίου, στερεού-υγρού και στερεού-αερίου μιας ουσίας.

a(s-l): Συμβολίζει τα σημεία τήξης και πήξης κατά τα οποία οι δύο φάσεις συνυπάρχουν σε (θερμοδυναμική) ισορροπία, είναι δηλ. το όριο των φάσεων. Η κλίση είναι η πιο απότομη, και (+), όμως υπάρχουν εξαιρέσεις όπου είναι (-) πχ. νερό
-απότομη κλίση δείχνει τις τεράστιες πιέσεις που απαιτούνται για να πραγματοποιηθεί μια μεταβολή.

. από Clapeyron 𝐝𝐩/𝐝𝐓=𝚫𝐟𝐮𝐬𝐇/𝐓𝚫𝐟𝐮𝐬V
. ενθαλπία τήξης είναι θετική
. μεταβολή όγκου συνήθως θετική και πάντα μικρή
=> dp/dT απότομη κ συνήθως θετική
* Σχέση ορίου φάσεων -> απότομη ευθεία γραμμή p vs T

b(l-g): Συμβολίζει τα σημεία εξάτμισης και συμπύκνωσης κατά τα οποία οι δύο φάσεις βρίσκονται σε ισορροπία, έιναι δηλ. το όριο των φάσεων. Η κλίση είναι κυρίως θετική κ μεγάλη σαν τιμή.

. ο όρος dp/dT θετικός, πολύ μικρότερος από s-l, ενώ dT/dp
μεγάλος με αποτέλεσμα η θερμοκρασία ζέσης να είναι πιο
ευαίσθητη στην πίεση από την θερμοκρασία πήξης.
. 𝐝𝐩/𝐝𝐓=𝚫𝐯𝐚𝐩𝐇/𝐓𝚫𝐯𝐚𝐩V
. ΔvapV ≈≈ Vm(g) -> if ideal => Vm(g) = RT/p: Clapeyron:
𝐝𝐩/𝐝𝐓=𝚫𝐯𝐚𝐩𝐇/𝐓(𝐑𝐓/𝐩)
αυτή για Clausius - Clapeyron: 𝐝𝐥𝐧𝐩/𝐝𝐓=𝚫𝐯𝐚𝐩𝐇/𝐑𝐓^2

αυξηση κινητικης ενεργειας με τη θερμοκρασια
(χημικά δυναμικά είναι ίσα)

Η θετική κλίση δείχνει επίσης ότι καθώς αυξάνεται η πίεση, αυξάνεται το σημείο τήξης. Αυτό είναι λογικό επειδή, περισσότερη πίεση στην επιφάνεια θα απαιτούσε υψηλότερη θερμοκρασία για να ξεπεραστεί αυτή η επιπλέον πίεση και να λιώσει η ουσία