Back to chapter

11.13:

Hal Diyagramları

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Phase Diagrams

Languages

Share

Karbondioksit, belirli sıcaklıklar ve basınçlar altında katı, sıvı veya gaz olarak var olabilir. Bu bağımlılık, üç genel özelliği içeren bir faz diyagramına eşlenir:bölgeler, çizgiler ve noktalar. Bölgeler, tek bir faz için sıcaklık ve basınç koşullarını temsil eder.Standart basınçta karbondioksit, sıcaklığa bağlı olarak katı veya gaz halinde olabilir. 5, 1 atmosferin altındaki basınçlarda katı karbondioksitin sıcaklığı yükseltilirse sıvı halden geçmeden direkt olarak gaz fazına geçecektir. 5, 1 atmosferin üzerindeki basınçlarda üç fazın tamamında bir geçiş gerçekleşecektir.Bölgeleri ayıran çizgiler veya eğriler, eğrinin her iki tarafındaki fazların dengede olduğu sıcaklıkları ve basınçları gösterir. Örneğin, 1 atmosfer ve 78, 5 Santigrat derecedeki nokta, katı ve buhar fazlarını ayıran eğri üzerinde uzanır, bu nedenle bu koşullar altında bir katı-buhar dengesi mevcuttur. Buna göre buna süblimleşme eğrisi denir.Benzer şekilde, sıvı-gaz dengesi buharlaşma eğrisinde bulunur ve katı-sıvı dengesi füzyon eğrisinde bulunur. Bu eğriler daha genel olarak faz sınırları olarak bilinir. 5, 1 atmosfer ve 56, 6 Santigrat derecede üç fazın tümü bir arada var olacaktır.Bu, karbondioksitin üçlü noktasıdır. 73 atmosfer ve 31 Santigrat derecede, karbondioksitin hem sıvı hem de buhar fazları tek fazlı bir süper kritik sıvı halinde birleşecektir. Bu, karbondioksitin kritik noktasıdır.Kritik noktanın ötesindeki bölgede hiçbir basınç veya sıcaklık değişikliği süper kritik bir sıvıyı bir gaza veya sıvıya dönüştüremez. Suyun faz diyagramı, karbondioksitinkinden birkaç önemli farklılığa sahiptir. Karbondioksitin füzyon eğrisi pozitif bir eğime sahipken, su için eğim negatiftir.Bu, suyun alışılmadık bir özelliğidir. Basıncın arttırılması, karbon dioksitte sıvıdan katıya geçişi, ancak suda katıdan sıvıya geçişi destekler. Daha yüksek basınç, karbondioksitin daha yoğun katı formunu destekler.Su durumunda daha yoğun sıvı formu tercih edilir.

11.13:

Hal Diyagramları

Bir faz diyagramı, bir maddenin sıvı-gaz, katı-sıvı ve katı-gaz faz geçiş dengesi için basınç ve sıcaklık grafiklerini birleştirir. Bu diyagramlar, belirli basınç ve sıcaklık koşulları altında var olan fiziksel durumları gösterir ve ayrıca faz geçiş sıcaklıklarının (erime noktaları, süblimleşme noktaları, kaynama noktaları) basınca bağımlılığını sağlar. Katı, sıvı ve gaz olarak etiketlenen bölgeler veya alanlar tek fazları temsil ederken, çizgiler veya eğriler dengede (veya faz değişim noktalarında) birlikte var olan iki fazı temsil eder. Üçlü nokta, üç fazın hepsinin bir arada bulunduğu basınç ve sıcaklık koşullarını gösterir. Buna karşılık, kritik bir nokta, üzerinde tek bir fazın (ki bunların fiziksel özellikleri gaz ve sıvı haller arasında orta düzeydedir) var olan sıcaklığı ve basıncı gösterir.

Image1

Figure 1. Tipik bir faz diyagramı

Faz diyagramı, belirli basınç ve sıcaklık koşulları altında bir maddenin fiziksel durumunu tanımlar. Bu grafiklerin faydasını göstermek için aşağıda gösterilen su faz diyagramını düşünün.

Image2

Figure 2. Suyun faz diyagramı.

50 kPa’lık bir basınç ve −10 °C’lik bir sıcaklık, diyagramın “buz.” etiketli bölgesine karşılık gelir. Bu koşullar altında su yalnızca katı halde bulunur. 50 kPa’lık bir basınç ve 50 °C’lik bir sıcaklık, suyun yalnızca sıvı olarak var olduğu bölgeye karşılık gelir. 25 kPa ve 200 °C’de su yalnızca gaz halinde bulunur. Eğri BC, faz diyagramının sıvı ve gazlı bölgelerini ayıran sıvı-buhar eğrisidir ve herhangi bir basınçta suyun kaynama noktasını sağlar. Örneğin 1 atm’de kaynama noktası 100 °C’dir. Sıvı-buhar eğrisinin 374 °C sıcaklıkta ve 218 atm basınçta sona erdiğine dikkat edin, bu da basınçtan bağımsız olarak suyun bu sıcaklığın üzerinde sıvı olarak var olamayacağını gösterir. Suyun bu koşullar altındaki fiziksel özellikleri, sıvı ve gaz halindekilerinki arasındadır. Maddenin bu eşsiz durumuna süper kritik akışkan denir. AB etiketli katı buhar eğrisi, buz ve su buharının dengede olduğu sıcaklıkları ve basınçları gösterir. Bu sıcaklık-basınç veri çiftleri, su için süblimleşme veya birikme noktalarına karşılık gelir.

BD etiketli katı-sıvı eğrisi, suyun erime / donma noktalarını temsil eden, buz ve sıvı suyun dengede olduğu sıcaklıkları ve basınçları gösterir. Bu eğrinin hafif bir negatif eğim gösterdiğine dikkat edin, bu da su için erime noktasının basınç arttıkça hafifçe azaldığını gösterir. Çoğu madde artan basınçla erime noktasında bir artış sergilediğinden, su bu açıdan alışılmadık bir maddedir. Üç eğrinin kesişme noktası – B olarak etiketlenmiştir – üç fazın da dengede bir arada var olduğu üçlü su noktasıdır. Üç noktadan daha düşük basınçlarda su, sıcaklıktan bağımsız olarak sıvı olarak var olamaz.

Başka bir örnek olarak karbondioksit için faz diyagramını düşünün.

Image3

Figure 3. Karbon dioksitin faz diyagramı

Katı-sıvı eğrisi, çoğu maddede olduğu gibi CO2 için erime noktasının basınçla arttığını gösteren pozitif bir eğim sergiler. Üçlü noktanın 1 atm’nin oldukça üzerinde olduğuna dikkat edin, bu da karbondioksitin ortam basıncı koşullarında sıvı olarak var olamayacağını gösterir. Bunun yerine, 1 atm’de gaz halindeki karbondioksitin soğutulması, katı halde birikmesine neden olur. Aynı şekilde, katı karbondioksit 1 atm basınçta erimez, bunun yerine süblimleşerek gaz halindeki CO2 verir. Son olarak, karbondioksit için kritik nokta, suya kıyasla nispeten mütevazı bir sıcaklık ve basınçta gözlenir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Section 10.4: Phase Diagrams.