Условие фазового равновесия

Основные понятия

Фазовое равновесие

1. Фаза – часть термодинамической системы, обладающая одинаковыми параметрами во всех своих точках (P,T,состав, природа) и имеющая видимую границу раздела, отделяющую ее от остальной системы.

По числу фаз все системы можно разделить на гомогенные – содержащие одну фазу и гетерогенные – содержащие несколько фаз. Если система содержит несколько фаз одной природы, такая система называется гетерофазной системой.

Любую фазу составляют химические вещества.

1. Составляющая системы – индивидуальное вещество, входящее в состав системы, которое может быть выделено из системы простым физическим воздействием и существовать вне системы сколь угодно долго.

С другой стороны, некоторые вещества в системе могут образовываться самостоятельно, поэтому было введено понятие независимая составляющая системы – индивидуальное химическое вещество, наименьшее количество которого необходимо и достаточно для образования всех возможных фаз, имеющихся в системе и находящихся в термодинамическом равновесии.

Для характеристики количества независимых параметров вводиться новое понятие – степень свободы. Степень свободы – число независимых параметров, изменение которых в определенных пределах не приводит и фазовым изменениям в системе (старые фазы не исчезают, новые не появляются).

По числу степеней свободы обычно выделяют:

Дивариантную систему С=2

Моновариантную систему С=1

Инвариантную систему С=0

Понятие фазового равновесия подобно понятию термодинамического равновесия и включает в себя несколько составляющих.

1. Термодинамическое равновесие:
2. Механическое равновесие:
3. Химическое равновесие:

Составление фазового равновесия чаще всего относится к гетерогенным системам, и описывают с помощью правил фаз Гиббса, которые связывают число компонентов, число фаз и число термодинамических степеней свободы.

В общем виде правило фаз Гиббса можно записать как:

Выведем уравнение Гиббса:

Пусть наша система состоит из Ф фаз, каждая из которых содержит К компонентов. Независимыми термодинамическими параметрами, влияющими на состояние фазового равновесия, являются температура и давление (T, P).

Дополнительными термодинамическими параметрами являются составы каждой из фаз. Для того, чтобы полностью описать состав системы, необходимо знать К-1 состав.

Таким образом, для полного описания состава всей гетерогенной системы необходимо знать (К-1)Ф составов, то есть число термодинамических параметров будет равно:

Для вывода числа уравнений, связывающих термодинамические параметры, воспользуемся условием фазового равновесия. Так как давление и температура у нас фиксированы для всей системы в целом, то основными уравнениями, связывающие термодинамические параметры будут являться уравнения для химических потенциалов. Если система содержит Ф фаз, то для описания химического равновесия потребуется Ф-1 уравнение, так как система содержит К компонентов, общее число уравнений будет равно (Ф-1)К.

Таким образом, правило фаз Гиббса можно записать в виде:

С – число термодинамических степеней свободы.

К – число компонентов, то есть независимых составляющих системы.

Ф – число фаз.

2 – число независимых термодинамических параметров (P и T).

В общем случае, диаграмма состояния гетерогенной системы представляет собой n–мерный график. Однако, в силу сложности получающихся диаграмм, чаще всего используют плоские, фиксируя один из независимых термодинамических параметров. Наиболее распространенными являются диаграммы Температура – Состав и

Давление – Состав.

В этом случае число термодинамических степеней свободы превращается в условное :

Дата добавления: 2013-12-12