Решение: Переход льда в пар
Статья к заданиюТройная точка
Прочитайте текст и выполните задания.
Тройная точка
Можно создать условия, при которых пар, жидкость и твёрдое состояние одного вещества попарно сосуществуют, находясь в равновесии. Могут ли находиться в равновесии сразу все три агрегатных состояния? Такая точка на диаграмме «давление – температура» (см. рисунок 1) существует. Её называют тройной точкой.
Если поместить в закрытый сосуд, в котором создан вакуум
и поддерживается температура 0 °С, воду с плавающим льдом,
то в свободное пространство начнут поступать водяные (и «ледяные») пары.
Рисунок 1
При давлении 4,6 мм рт. ст. наступит состояние динамического равновесия, когда количество испарившихся воды и льда равно количеству сконденсировавшегося за это же время пара. Теперь три фазы – лёд, вода
и пар – будут в состоянии равновесия. Эта точка и есть тройная.
Кривые на рисунке – это линии термодинамического (теплового) равновесия между льдом и паром (кривая «в»), льдом и водой (кривая «а»), водой и паром (кривая «б»). Три кривые пересекаются в тройной точке
и делят диаграмму на три области: «лёд», «вода» и «водяной пар».
Диаграмма существования фаз позволяет сразу же ответить на вопрос, что произойдёт с веществом при нагревании или сжатии.
Используя материал «Тройная точка» и диаграмму «давление — температура», ответьте: можно ли лёд, находящийся в состоянии, соответствующем точке А на диаграмме, перевести в пар, минуя жидкое состояние? Ответ поясните.
Решение по шагам
3 шагаНа диаграмме область льда отделена от области водяного пара кривой равновесия между твёрдой и газообразной фазами.
Если изменить параметры состояния льда так, чтобы траектория пересекла именно эту кривую, а кривую равновесия «лёд — вода» не пересекала, жидкая фаза не возникнет.
При переходе через границу «лёд — пар» происходит сублимация — непосредственный переход вещества из твёрдого состояния в газообразное. Для этого давление должно быть ниже давления в тройной точке.
Да, можно. При давлении ниже давления тройной точки лёд может перейти непосредственно в водяной пар по кривой «лёд — пар», не переходя в жидкое состояние. Такой переход называется сублимацией.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что лёд обязательно сначала плавится, а затем испаряется.
Путать сублимацию с испарением жидкости.
Не указывать, что переход должен происходить при давлении ниже давления тройной точки.
Считать, что переход между фазами возможен только при постоянной температуре.