Правило фаз

Існування будь-якої фази в системі або рівновага фаз можливі лише за певних умов, при зміні яких рівновага порушується й речовина переходить з однієї фази в іншу. Можливе перебування певної фази в рівновазі з іншими визначається правилом фаз, або законом рівноваги фаз Гіббса:

, (3)

де С – кількість ступенів вільності (тиск, температура, концентрація), тобто мінімальна кількість параметрів, які можна змінювати незалежно один від одного, не порушуючи рівноваги цієї системи; Ф – кількість фаз системи; К – кількість незалежних компонентів системи; N – кількість зовнішніх факторів, які впливають на положення рівноваги в цій системі.

Для масообмінних процесів N =2, оскільки зовнішніми факторами є температура й тиск. Тоді вираз (3) можна переписати так:

. (4)

Тобто правило фаз дозволяє визначити кількість параметрів, які можна змінювати, не порушуючи фазової рівноваги системи.

Наприклад, для однокомпонентної рівноважної системи рідина – пара кількість ступенів вільності становить: , тобто довільно можна задати лише один параметр – температуру або тиск. Отже, для однокомпонентної системи в умовах рівноваги є однозначна залежність між температурою й тиском (як приклад можна навести залежність між температурою й тиском насиченої водяної пари).

Для однокомпонентної рівноважної системи, що складається з трьох фаз (тверде тіло – рідина - пара), кількість ступенів вільності дорівнює нулю: . Так система лід – вода – водяна пара знаходиться в рівновазі при тиску 610,6 Па і температурі 0,01 ˚С.

Для двокомпонентної рівноважної системи рідина – пара кількість ступенів вільності . У цьому випадку однією із змінних величин задаються (наприклад тиском) і отримують однозначну залежність між температурою й концентрацією або (при постійній температурі) між тиском і концентрацією. Залежність між параметрами (температура – концентрація, тиск - концентрація) будують у плоских координатах. Такі діаграми зазвичай називають фазовими.

Отже, правило фаз визначає можливість співіснування фаз, але не вказує кількісних залежностей перенесення речовини між фазами.

Дата добавления: 2014-01-07