Понятия фаза, компонент, независимые компоненты, степень свободы. Правило фаз Гиббса

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ М СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

Интегрирование уравнения изобары химической реакции

Зависимость константы равновесия от температуры.

Видоизменим уравнение изобары

Интегрирование проведём при двух условиях

1. Пусть, что допустимо в небольшом интервале температур

Возьмём определённый интеграл

Вспомним, что

Полученное уравнение позволяет рассчитать константу, если известна и тепловой эффект реакции Δ H

Возьмём неопределённый интеграл:

По сути, мы имеем уравнение прямой линии

y = ax + b

ΔH>0

α

α

ΔH<0

1/T

Графическая зависимость LnKp от 1/T позволяет определять тепловой эффект химической реакции, рис. Тангенс угла наклона прямых α равен

отсюда

2. Пусть, тогда

Подставляя эту зависимость в уравнение изобары и интегрируя, получим уравнение зависимости

.

Они имеют выражение, например следующего вида:

и др.

Для отдельных реакций эти зависимости приведены в справочниках физико-химических величин. Они позволяют сделать следующие расчёты.

1) определить при различных T,

2) рассчитать,

3) рассчитать по уравнению изобары

.

Уравнение изохоры (V=const) имеет математическое выражение следующего вида:

.

3.

3.1. Понятия фаза, компонент, независимые компоненты, степень свободы. Правило фаз Гиббса.

3.2. Диаграмма состояния однокомпонентных систем в координатах «давление – температура». Применение правила фаз для анализа состояния однокомпонентных систем (пояснение на диаграмме состояния).

3.3. Предельные законы Рауля. Закон Вант-Гоффа.

3.4. Особенности равновесий в двухкомпонентных системах (пар – непрерывные растворы летучих жидкостей). Зависимость парциальных давлений и общего давления пара от состава раствора. Положительные и отрицательные отклонения от идеальности.

3.5. Законы Коновалова.

3.6. Взаимосвязь диаграмм “общее давление – состав” и “температура кипения – состав” для растворов.

3.7. Дисциляция (перегонка) двойных смесей, азеотропные смеси.

3.8.Особенности равновесия в двухкомпонентных системах “кристаллы – жидкость (расплав)”. Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем, теоретический анализ, кривые охлаждения.

Фаза – это часть системы, имеющая одинаковый химический состав и обладающая одинаковыми физическо-химическими свойствами. Фаза отделена от других частей системы поверхностью раздела фаз.

Компонент – это простые и сложные вещества, составляющие систему.

Независимые компоненты – это вещества, наименьшее число которых достаточно для образования как всей системы, так и любой её фазы.

Число независимых компонентов равно числу составляющих систему веществ минус число уравнений их связывающих.

Числом степеней свободы (вариантностью) называется число тех переменных (Р, Т,С), которые можно изменять произвольно без изменения числа фаз.

Правило фаз Гиббса: предсказывает возможность изменения числа фаз в системе, в зависимости от числа компонентов и от изменения внешних условий.

Опр: ф. Гиббса: В равновесной многофазной системе число независимых компонентов равно числу степеней свободы плюс два минус число фаз Ф, если на систему из внешних ТД факторов влияют только давление и температура.

С = К + 2 – Ф,

где С – степень свободы, К – число независимых компонентов, Ф – число фаз.

Например:

Рассмотрим систему «вода - пар»

С = 1 + 2 – 2 = 1 – каждой температуре соответствует определённое давление пара и наоборот.

При произвольном изменении Т давление Р насыщенного пара изменяется однозначно.

Система «пар»

С = 1 + 2 – 1 = 2 – можно произвольно изменять Р и Т пара для определённого объёма пара.

3.2. Диаграмма состояния однокомпонентных систем в координатах «давление – температура». Применение правила фаз для анализа состояния однокомпонентных систем (пояснение на диаграмме состояния).

А

Р

С жид

* 2

Д О пар

*1

Т

Рис. Диаграмма состояния воды при невысоких давлениях

ОА – кривая испарения, каждая точка отвечает давлению пара, двухфазной системе жидкость – пар

ОВ – кривая возгонки равновесия тв – пар

ОС – кривая плавления, каждая (*) кривой соответствует Т плавления, лёд – жидкость

ОД – отвечает метостабильному равновесию переохлаждение воды и пара

(*) О – в ней находятся в равновесии 3 фазы лёд – жидкость – пар

С = К+2-Ф=1+2-3=0 – инвариантная система

При изменении хотя бы одного параметра фазовое равновесие нарушается

(*) 1 – С =1+2-1=2 – система 2-х вариантная, произвольно можно изменять давление и Т

(*) 2 – С =1+2-2=1 – система 1-о вариантная, произвольно можно менять только один параметр, второй менять в соответствии с первым.

Дата добавления: 2014-01-04