Фазовая диаграмма диоксида углерода

5.5.2 Фазовая диаграмма диоксида углерода

Поскольку давление точки трехфазного равновесия выше атмосферного, то изобара = 1 бар пересекает только линию фазового равновесия твердое тело — газ и проходит через два фазовых поля (твердого и газообразного диоксида углерода). В стандартных условиях жидкое агрегатное состояние термодинамически неустойчиво. Если при атмосферном давлении равновесно подвести тепло к твердому диоксиду углерода, находящемуся при температуре Тл, то его температура повысится, и при Тп установится фазовое равновесие твердое тело газ. С появлением первых порций газа система станет двухфазной и нонвариантной ф const, 1 + 1 — 2 0). Дальнейший подвод тепла сопровождается изотермическим переходом диоксида углерода из твердого агрегатного состояния в газообразное, минуя жидкое. Такой изобарноизотермический процесс относится к фазовым переходам первого рода и называется сублимацией (в рус. переводе возгонкой).

После исчезновения последнего кристаллика СО2 система вновь становится однофазной, моновариантной ф = const), и подвод тепла приводит к повышению температуры газа, например, до значения, соответствующего фигуративной точке L3. Если провести обратный процесс и систему охладить до температуры Тп, то в точке Ь начнется выделение кристаллического вещества из газовой фазы, которое будет протекать без изменения температуры. Такой изобарно-изотермический процесс называется Десублимацией и также является фазовым переходом первого рода.

Рис. 5.5 — Схематическое представление фазовой диаграммы диоксида углерода. Поле СФ — соответствует сверхкритическому состоянию диоксида углерода (сверхкритическому флюиду)

Процессы десублимации (сублимации) будут протекать при изотермическом сжатии (расширении) системы при температуре Т< TN. Так, если изотермическое равновесное сжатие газообразного СО2 проводится при температуре, соответствующей точке Ql, то на кривой в точке Q2 установится нонвариантное равновесие между кристаллами СО2 и газом. При этом образование кристаллического вещества из газовой фазы (десублимация) протекает без изменения давления. Обратный процесс (сублимация) начнется и полностью завершится в одной точке Q2 при изотермическом равновесном снижении давления от PQ3 до РФ.

Диоксид углерода в жидком агрегатном состоянии может быть получен только при температурах от Тлтдо Тс и давлении выше линии фазового равновесия жидкость — газ (АС). Например, при температуре ТАЛ

106

изотермическое сжатие системы от до рлп приведет к изобарноизотермической конденсации СО2 в точке ЛЬ, лежащей на линии АС. В точке мз, как и во всем поле П, диоксид углерода находится в жидком агрегатном состоянии. Сжиженный СО2 хранят в стальных баллонах при высоком давлении.