10.2.1 Aplikace Clapeyronovy rovnice

Normální teplota tání rtuti je 38,87 °C. Za této teploty je hustota její kapalné fáze 13,6537 g.cm3 a tuhé fáze 14,2572 g cm3. Entalpie tání má hodnotu 11,63 J g1. Předpokládejte, že všechny udané hodnoty (mimo teplotu tání) jsou nezávislé na tlaku a teplotě a vypočítejte:
a) teplotu tání rtuti za tlaku 20 MPa,   b) hodnoty ΔS a ΔG odpovídající ztuhnutí 1 g kapalné rtuti při teplotě -38,87 °C a normálním tlaku.

Výsledek

a) ΔVtuhn,spec = −3,1 . 106   m3.  kg1 a T2 = 235,48 K
b) ΔStuhn,spec = −0,04964 J  K1  g1 a ΔGtuhn,spec = 0.

Postup

V obou hustot vypočteme změnu specifického objemu a dosadíme do integrované Clapeyronovy rovnice (10.3)

Řešení

a) Poněvadž jde o fázový přechod $..$ (tuhnutí), musíme pro výpočet vlivu tlaku na teplotu tání (nebo tuhnutí, u čistých látek je to totéž) použít Clapeyronovu rovnici

displaymath

Vzhledem k tomu, že se jedná o konečnou změnu tlaku, budeme vycházet z integrované rovnice a z předpokladu, že poměr ΔHV nezávisí na teplotě, resp. na tlaku. Po separaci proměnných a integraci v mezích dostaneme

displaymath

kde ΔHtuhn,spec a ΔVtuhn,spec představují změnu entalpie a objemu při tuhnutí látky o jednotkové hmotnosti. Pro rtuť za uvedených podmínek platí:

displaymath

b) Z definiční rovnice entropie a Gibbsovy energie vyplývají vztahy

displaymath