انفصال الطور

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 10 صور
الموسوعة الحرة
خلط السائلين A و B وفصل الطور اللاحق
عند مزج الزيت والخل، سينفصلان إلى طورين.
مخطط طوري لنظيرين من الهيليوم ، يوضح في الأسفل نطاق درجات الحرارة والنسب التي سينفصلان عندها طوريًا.

الانفصال الطوري هو تكوّن طورين متميزين من خليط متجانس واحد . [ 1 ] النوع الأكثر شيوعًا من الانفصال الطوري يحدث بين سائلين غير قابلين للامتزاج ، مثل الزيت والماء. يُعرف هذا النوع من الانفصال الطوري باسم توازن السائل-السائل. تتشكل الغرويات نتيجة الانفصال الطوري، مع العلم أن ليس كل حالات الانفصال الطوري تُنتج غرويات؛ فعلى سبيل المثال، قد يُشكّل الزيت والماء طبقات منفصلة بفعل الجاذبية بدلًا من أن يبقيا على شكل قطرات مجهرية معلقة.

يُطلق على أحد الأشكال الشائعة للانفصال الطوري التلقائي اسم التفكك الدوراني ، وتصفه معادلة كان-هيلارد . تُسمى المناطق التي يحدث فيها الانفصال الطوري في مخطط الطور بفجوات الامتزاج . هناك منحنيان حدوديان جديران بالذكر: منحنى التعايش الثنائي ومنحنى الانفصال الدوراني . على أحد جانبي المنحنى الثنائي، تكون المخاليط مستقرة تمامًا. بين المنحنى الثنائي ومنحنى الانفصال الدوراني، قد تكون المخاليط شبه مستقرة : أي تبقى مختلطة (أو غير مختلطة) في غياب اضطراب كبير. المنطقة الواقعة خارج منحنى الانفصال الدوراني غير مستقرة تمامًا، وإذا بدأت من حالة مختلطة، فإنها ستنفصل طوريًا تلقائيًا.

درجة حرارة المحلول الحرجة العليا ( UCST) ودرجة حرارة المحلول الحرجة السفلى (LCST) هما درجتا حرارة حرجتان ، عند تجاوزهما أو تجاوزهما تصبح مكونات الخليط قابلة للامتزاج بجميع النسب. من النادر أن تمتلك الأنظمة كلتا الدرجتين، ولكن بعضها موجود: فنظام النيكوتين والماء لديه درجة حرارة حرجة دنيا تبلغ 61  درجة مئوية، ودرجة حرارة حرجة عليا تبلغ 210  درجة مئوية عند ضغوط عالية بما يكفي لوجود الماء السائل عند هذه الدرجة. لذلك، تكون المكونات قابلة للامتزاج بجميع النسب تحت 61  درجة مئوية وفوق 210  درجة مئوية (عند ضغط عالٍ)، وقابلة للامتزاج جزئيًا في الفترة من 61 إلى 210  درجة مئوية. [ 2 ] [ 3 ]

الأساس المادي

تخضع عملية الخلط لطاقة جيبس ​​الحرة ، حيث يحدث انفصال الطور أو الخلط، أيهما يؤدي إلى انخفاض طاقة جيبس ​​الحرة.جي{\displaystyle G}يمكن تقسيمها إلى جزأين:جي=ح-تيS{\displaystyle G=H-TS}، معح{\displaystyle H}المحتوى الحراري ،تي{\displaystyle T}درجة الحرارة ، وS{\displaystyle S}الإنتروبيا . بالتالي، فإن تغير الطاقة الحرة في عملية الخلط هو مجموع إنثالبي الخلط وإنتروبيا الخلط . إنثالبي الخلط يساوي صفرًا في المخاليط المثالية ، وهذه المخاليط كافية لوصف العديد من المحاليل الشائعة. لذا، في كثير من الحالات، يكون الخلط (أو انفصال الطور) مدفوعًا بشكل أساسي بإنتروبيا الخلط. عمومًا، تزداد الإنتروبيا كلما اتسعت المساحة المتاحة للجسيم (ذرة، جزيء)؛ وبالتالي، تكون إنتروبيا الخلط موجبة في الغالب: إذ يمكن لمكونات الخليط زيادة إنتروبيتها من خلال مشاركة حجم مشترك أكبر.

تُحفز عدة عمليات متميزة انفصال الطور. في إحدى الحالات، تكون إنثالبي الخلط موجبة، ودرجة الحرارة منخفضة: وبالتالي، لا تكفي الزيادة في الإنتروبيا لخفض الطاقة الحرة. وفي حالة أخرى، وهي نادرة الحدوث، تكون إنتروبيا الخلط " غير مواتية "، أي سالبة. في هذه الحالة، حتى لو كان التغير في الإنثالبي سالبًا، سيحدث انفصال الطور ما لم تكن درجة الحرارة منخفضة بما يكفي. هذه الحالة الثانية هي التي أدت إلى ظهور فكرة درجة حرارة المحلول الحرجة الدنيا.

فصل الطور في الغازات الباردة

ينفصل خليط من نظيرين للهيليوم ( الهيليوم-3 والهيليوم -4 ) ضمن نطاق معين من درجات الحرارة والتركيزات إلى أجزاء. ينفصل المزيج الأولي من النظيرين تلقائيًا إلىهو4{\displaystyle {\ce {^{4}هو}}}-غني وهو3{\displaystyle {\ce {{}^3He}}}[ 4 ] توجد أيضًا مناطق غنية بـ . [ 5 ] يحدث انفصال الطور في أنظمة الغازات فائقة البرودة . [ 6 ] [ 7 ] وقد تم إثبات ذلك تجريبيًا في حالة غاز فيرمي فائق البرودة ثنائي المكونات . [ 8 ] يمكن أن يتنافس انفصال الطور مع ظواهر أخرى، مثل تكوين شبكة الدوامات أو طور فولدي-فيريل-لاركين-أوفشينيكوف الغريب .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ نيك م، جيرات ج، كوساتا ب (1997). "فصل الطور" . في: ماكنوت أ.د، ويلكنسون أ، جينكينز أ (محررون). موسوعة الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية للمصطلحات الكيميائية (الكتاب الذهبي) (  الطبعة الثانية). أكسفورد: منشورات بلاكويل العلمية. doi : 10.1351/goldbook.P04534 . ISBN 0-9678550-9-8.
  2. ↑ بي دبليو أتكينز وجيه دي باولا، "الكيمياء الفيزيائية لأتكينز" (الطبعة الثامنة، دبليو إتش فريمان 2006)، الصفحات 186-187
  3. ↑ إم إيه وايت، خصائص المواد (مطبعة جامعة أكسفورد 1999)، ص 175
  4. ↑ بوبيل، فرانك (2007). المادة والأساليب عند درجات الحرارة المنخفضة (الطبعة الثالثة المنقحة والموسعة ). برلين: سبرينغر. ISBN  978-3-540-46356-6. OCLC 122268227 . 
  5. ↑ كارلسون، ج.؛ ريدي، سانجاي (2005-08-02). "أنظمة فرميونية ثنائية المكونات غير متناظرة في اقتران قوي". رسائل المراجعة الفيزيائية . 95 (6) 060401. arXiv : cond-mat/0503256 . Bibcode : 2005PhRvL..95f0401C . doi : 10.1103 /PhysRevLett.95.060401 . PMID 16090928. S2CID 448402 .  
  6. ↑ شين، ي.؛ زويرلين، م. و.؛ شونك، س. هـ.؛ شيروتزيك، أ.؛ كيترلي، و. (18 يوليو/تموز 2006). "ملاحظة انفصال الطور في غاز فيرمي غير متوازن ذي تفاعل قوي". رسائل المراجعة الفيزيائية . 97 (3) 030401. arXiv : cond-mat/0606432 . Bibcode : 2006PhRvL..97c0401S . doi : 10.1103/PhysRevLett.97.030401 . PMID 16907486. S2CID 11323402 .  
  7. ↑ زويرلين، مارتن و.؛ شيروتزيك، أندريه؛ شونك، كريستيان هـ.؛ كيترلي، وولفغانغ (27 يناير 2006). "الميوعة الفائقة للفيرميونات مع اختلال توازن توزيعات اللف المغزلي". مجلة ساينس . 311 (5760): 492-496 . arXiv : cond-mat/0511197 . Bibcode : 2006Sci...311..492Z . doi : 10.1126/science.1122318 . ISSN 0036-8075 . PMID 16373535. S2CID 13801977 .   
  8. ^ كوبيتشينسكي، جاكوب؛ بوديلكو، فويتشخ ر.؛ فلازلوفسكي ، غابرييل (2021-11-23). “شبكة دوامية في غاز فيرمي الوحدوي غير المتوازن”. المراجعة البدنية أ . 104 (5) 053322. أرخايف : 2109.00427 . بيب كود : 2021PhRvA.104e3322K . دوى : 10.1103/PhysRevA.104.053322 . S2CID 237372963 . 

للمزيد من القراءة

  • خابيبولاييف، ب.ك.، وسعيدوف، أ. (أبريل 2013). انفصال الطور في فيزياء المادة اللينة: المحاليل المذيلية، والمستحلبات الدقيقة، والظواهر الحرجة . برلين هايدلبرغ: سبرينغر. ISBN 978-3-662-09278-1.