Фазовые равновесия. Диаграммы состояния. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Фазовые равновесия. Диаграммы состояния.



1. Каждая фаза является гомогенной (однородной) системой. Если существует несколько фаз, находящихся в термодинамическом равновесии, система становится гетерогенной (неоднородной). Внешним признаком гетерогенной системы является наличие поверхности раздела фаз. Под фазой подразумевается гомогенная часть равновесной гетерогенной системы, характеризующаяся одинаковыми физическими и химическими свойствами во всех ее частях.

2. В зависимости от числа фаз (j), которые находятся в термодинамическом равновесии, и числа компонентов (К) гетерогенной системы, число степеней свободы (f), т.е. число переменных, которое можно изменять, не изменяя число фаз, вычисляется в соответствии с правилом фаз Гиббса по уравнению: f = К - j + 2,

если переменными являются давление р и температура Т,

или по уравнению:

f = К - j + 1

если переменными являются р, с1, с2 или Т, с1, с2.

3. Для любой однокомпонентной системы (К =1) максимальное число фаз – три: твердая, жидкая и газообразная. В этих системах фазы обладают одинаковыми химическими свойствами, но различаются физическими свойствами.

4. Фазовая диаграмма позволяет представить в графической форме фазовые равновесия для однокомпонентных систем: твердое тело ⇄ жидкость, жидкость ⇄ пар, твердое тело ⇄ пар, как функцию температуры и давления. Она базируется на приложении правила фаз.

5. Зависимость давления пара от температуры описывается уравнением Клаузиуса – Клапейрона.

р = А е-DН/RT,

где р – равновесное давление пара над жидким или твердым индивидуальным соединением; А – постоянный множитель, зависящий от природы соединения; Т – температура, отвечающая состоянию равновесия; DH – энтальпия фазового перехода (D H исп. или D H возг.). Вещество, структурными частями которого являются атомы, молекулы или ионы, называется однородной или гомогенной системой. Жидкая вода – гомогенная система, состоящая из одного вида микрочастиц – молекул воды. К гомогенным системам относятся также водные растворы сахарозы (молекулы воды и сахарозы) и поваренной соли (молекулы воды, ионы Na+ и Cl-).

В отличие от гомогенной (однородной) системы, внешним признаком гетерогенной системы служит поверхность раздела, существующая между фазами. Фаза – часть системы, характеризующаяся одинаковыми физическими и химическими свойствами и отделенная от других частей системы поверхностью раздела. Лед, жидкая вода и пар, находящиеся в контакте между собой, составляют части или фазы неоднородной или гетерогенной системы.

Гетерогенная (неоднородная) система состоит из двух или большего числа фаз. Обозначим число фаз системы символом j, тогда чистая вода или водный раствор – гомогенные однофазные системы (j = 1). Вода с кусочками плавающего льда – гетерогенная двухфазная система (j = 2). Раздробленные кусочки льда обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами и в совокупности представляют одну фазу. Жидкая вода обладает такими же химическими свойствами, что и лед, но физические свойства жидкой воды (например, плотность) отличаются от физических свойств льда. Этого различия достаточно, чтобы жидкая вода и лед рассматривались как отдельные фазы.

Компонент – вещество, входящее в состав системы, способное существовать вне ее в качестве индивидуального соединения.

Обозначим количество компонентов символом К. Чистая вода – однокомпонентная система (К = 1). Водный раствор сахарозы состоит из двух компонентов (К = 2). Оба компонента (Н2О и С12Н22О11) могут быть выделены из раствора в виде индивидуальных химических соединений – жидкой воды и кристаллов сахарозы.

Заметим, что водный раствор поваренной соли – гомогенная двухкомпонентная система. В растворе существует три вида микрочастиц: молекулы Н2О, ионы Na+ и Cl-. Ионы Na+ не могут существовать вне раствора в качестве самостоятельного компонента. Это касается также ионов Cl-, поэтому водный раствор соли при наличии трех видов микрочастиц остается двухкомпонентной системой: вода (Н2О) и соль (NaCl). Именно они способны существовать вне данного раствора в качестве индивидуальных соединений.

Любую гетерогенную систему характеризуют следующие параметры: давление (р), температура (Т), число компонентов (К) и число фаз (j). Указанные параметры связаны между собой уравнением, которое было выведено американским физиком-теоретиком Д.У. Гиббсом и названо правилом фаз Гиббса: f = К - j + 2,

где f – число степеней свободы; переменные параметры (р и Т) учитываются цифрой 2.

Число степеней свободы f указывает количество переменных, изменение которых не приведет к изменению числа фаз системы. Например, для жидкой воды число степеней свободы: f = 1 - 1 + 2 =2.

В известных пределах можно произвольно менять два параметра – давление р и температуру Т – при сохранении одной фазы – жидкой воды.

В случае гетерогенной системы, например жидкость – пар, ситуация меняется. Для такой системы число степеней свободы: f = 1 - 2 + 2 =1.

Можно произвольно изменять только один параметр либо температуру, либо давление без изменения числа фаз. Произвольное изменение температуры исключает произвольное изменение давления. Оно должно изменяться соответственно изменению температуры так, чтобы не изменилось число фаз системы.

Для любой однокомпонентной системы максимальное число фаз – три (газ, жидкость, твердое тело). Например, вода может находиться одновременно в виде жидкости, льда и пара. В однокомпонентных системах (число компонентов К = 1) фазы обладают одинаковыми химическими свойствами и различаются лишь физическими свойствами.

В двухкомпонентной системе (К =2), в которую входят соединения А и В, число переменных равно четырем: р, Т, сА, сВ. При постоянном давлении (р = const) состояние двухкомпонентной системы можно рассматривать на плоской диаграмме температура – состав и правило фаз принимает вид:

f = K - j + 1 или f = 3 - j.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 796; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.193.80.126 (0.009 с.)