水的相图分析

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水的相图分析与研究郭学申基础部

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水是世界上同人类关系最密切大量重要性质相关,

、

分布最普遍的一种物质,

。

它的广泛应用。、

,

同它自身的

这也是人们不断深化对水认识的重要原因

水的相图就是研究水的三雪的消失等自然现。。

态变化而获得的成果

诸如水的蒸发

雨和冰雹的形成、

,

严冬里冰,

象

,

都是在认识了水的聚集状态同温度众所周知,,

压力的关系之后,

才得到圆满的解释,

一只开口吝器中的水放置久了就会减少

我们说发生了燕发作用,

用分子

运动论来解释

是因一些分子具有足够战胜它周边邻近分子的吸引。

而逸出液面形成蒸可能会碰见器壁反。

气

,

即蒸发到液面上方的空间里,

若容器是密闭的,

分子逸出液面后,

弹回来

撞击液面而被液体俘获,

。

分子由气体状态回到液体状态

叫凝聚作用,

当蒸发速

度与凝聚速度相等时

则液态水和蒸气

或者说水的液相和气相就处于动态平衡体系中见图

若以平衡体系中燕气所产生的压力一蒸气压对温度作图

就得到水《液态

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图

温度对平衡燕气压的影晌

收稿时间

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及其蒸气两相能够平衡共存的曲线

例如能在一,

若水的蒸气压为七时共存,

水和蒸气两相能在、

时共存压,

,

或压力为时共存,

时。

,

或压力为

外界大气

能在

曲线上的任或压力点,

点都表示液体水及其蒸气压能共存的温度一压力一

条件值图

对于每个温度点

都有

个独特的共存关系或平衡蒸气压。

或温度。

换句话说

假若温度保持不变。。

则平衡时蒸气压也就不变

是水自下相图

表示平衡体系中水和水蒸气共存的条件当平衡体系的蒸气压与外界大气压。

,

称为沸点曲线、

它

表示在特定压力时水沸腾的温度时,

相等一

水沸腾的温度为。

该温度为水的正常沸点或标准沸点由此可知,,

液休的沸点就是它的蒸,

气压等于外界压力时的温度装水容器抽空到上的压力

低于’

减小外界压力

,

沸点就会降低,

例如

,

用泵将

时,。’

则只要将此水加热到,

℃

水在其中就沸腾了,、

。

由于高山

所以水在低于正常沸点℃,

℃的温度沸腾

这就是在高山卜煮

食物不易熟的原因界大气压力,

同样

,

增大压加寸液体沸点将升高就可获得高压蒸气。

如工业用锅炉内保持

倍于外

则水的沸点为,

煮饭用的高压锅中水的沸点就高。

于水的正常沸点

用它煮食物快于敞口容器也是这个道理压力、

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温度

图

的相图

点称为临界点温度,

,

其温度为,

℃

,

压力为。

。

临界点的温度称临界。

即在这个温度时,,

不管加压到多大也不能使水蒸气液化。。

固体也有蒸气压点的严冬里较快的升华作用。

尽管低到可以忽略的地步

固体的气化作用叫升华

在温度低于冰

冰和雪的消失就是固体升华现象的佐证假使将固体的蒸气压对温度作图,。

象樟脑。

、

干冰

固体

都有,

,

即得到图,

中的

曲线

该曲线叫

冰的蒸气压曲线或冰的升华曲线体系中共存的条件

也叫凝固点或冰点曲线,

它表示冰及蒸气两相能在平衡都必需分别低于℃和

由曲线可知,

形成雪的温度和压力,

称为熔点曲线相对应的温度与压力。

它表示在没有蒸气的状况下

固体和液体两相共处于平衡状态中。

曲线上每一个点都代表一个熔点

从

线接近垂直来看

,

说明熔

第

期‘一‘,

郭学申水的相图分析与研究

一℃,

一一,

一点温度与压力变化的关系不大冰的熔点为也从℃,

如蒸气为℃,

其改变量仅为

上升到,

沸点将从,

的是特性大,

水的固相一液相平衡曲线。

有一个负斜率问题换言之压力增高,,

够平衡存在的温度反而下降了。

其原因是由于冰的密度比水小或者说冰的体积比同重量水旷体积大,

力时冰将转化为水此相反,

要维持冰。

、

水两相共存,,

一时,

冰的熔点为℃,

若将这种影响与压力对沸点的影响相比℃改变到,

这意昧着。

一一共改

花星为,

在常压下℃。

压力

好玩儿。

随压力的增加两相能

熔点则降低。

这是水与众不同的独有,

所以增加压℃。

则必需降温,

也就是说,

,

随外加压力的增与

冰的熔点则降低

试验测定知见图压勺

每增加。

约使冰的熔点降低

几乎是所有的其它物质

都是随压力的增加而熔点升高是正常的一

即熔点曲线是一个正斜

率

。

如二氧化碳的相图

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图

的相图

图

中的,

点

,

是冰一水门长气三相能够共存的条件蒸℃,

,

也叫三相点。

。

该点的压力℃时水

是不相等。

温度为,

是我国物理化学家黄子卿首先测得的除此以外,,

在

的液态和固态具有一致的蒸气压应当指出

在其它任何温度时是不同的℃,,,

,

液态和固态的蒸气压都

三相点与凝固点

冰点

前者系指三相平衡的燕气压下液、

液

、

固两相平衡的温度

后者是指在常压下

固两拟平衡时℃。

的温度

。

试验测得纯水在常压下的冰点为,

而寻常所说水的冰点是

,

实际是

常压下被空气饱和了的水与冰两相平衡的温度溶解于水可见

即溶解有空气的水溶液的冰点

由于空气

致使水的冰点下降了。

℃

。

、

相图是研究温度和压力变化对一种特定物质聚集状态的影响所得数据的简便概水的相图中的、

括

。

相图也称物态图或状态图。

和

三条曲线上的各点,

,

都代区

表两相处于平衡

各条线之外的区域表示只有一相能够存在的条件,

例如

,

区域内

只有蒸气能够存在度反之亦然。

称为气相区,

区域内只有液休能够存在。

,

称为液相区。

域内只有固体能够存在和水蒸气在

称为固相区,

显然,

,

假使两相共存

,

一定

的压力有一定对应的温例如,

如要维持两相共存状态℃时共存一‘

则不能同时独立地改变温度或压力,,

若水

从图上可读出压力为,

或者固体和蒸气在

时共℃,

存

,

就可从图上读出温度为

假若三相共存

则温度和压力都固定

一二

一,

郑州牧专学报

年。

假若只有一相存在线称为等温线在线上,,

,

则温度和压力两者均为独立的变量,

图不变时,

中的点

,

由于处在该线上

的每个点的温度都一致如,

。

它表示当温度,

水的聚集状态随压力变化的状况压力就不会改变,,。

线上的

点表示只有液体存在,

当压力

下降到

开始形成蒸气

在液体完全气化后

压力可再下降如到。

点

。

说明只要两相共存图

中的点。

线称为等压线线上在

由于该线上的每个点的压力都一致如仍线上的则形成液体和蒸气两相共存,

它表示当压力不变,

时

,

水的聚集状态随温度变化的状况在点

点表示只有蒸气能存在,

当降温冷,

却如到

时线上

,

此时即使将热量移走,

温度。

也不会改变续冷却如到

在蒸气全部液化后

再继续降温冷却如到,

点

,

这时只有液体能够存在

继直

时。

就会形成冰

,

再继续冷却的话时被冷却。

温度又保持不变点。

,

到所有的液体全部转化为冰为止是这个道理续降温冷却,,

然后冰会继续降温到

点以下如,

冰雹的形成就,

它是大气中的水蒸气在压力高于进而形成冰雹,。

首先形成雨

再把它继

研究相图可以把握物态变化的规律点压力的任意点

,

使它为人类服务,

例如在固相区域内,

,

高于三相

在升高温度时固体必需先经过液相区转变为液休后,

才能再转变为蒸。