Условие равновесия фаз химически однородного вещества

Фазы и фазовые превращения.

Допустим, что в какую-то пробирку налили воду и закрыли. В пробирке находится две фазы: жидкая и газообразная (воздух и насыщенный пар). Если бросим в воду кусочки льда, то появится третья фаза – лед. Добавим спирт, количество фаз неизменится, но если добавим растительное масло, то поскольку вода не смешивается с маслом, то будет четыре фазы – твердая, газообразная и две жидких. Размешаем, количество фаз останется тем же самым.

При подсчете числа фаз не имеет значения, является ли эта фаза единым телом или разделена на несколько частей. В системе может быть несколько твердых или жидких фаз, но она не может содержать более одной газообразной фазы, т. к. газы смешиваются друг с другом.

Важнейшим вопросом при изучении фаз является вопрос равновесия фаз. Это условие включает в себя механическое и тепловое условия равновесия.

Фазовое превращение

Кривая испарения

При механическом равновесии давления по разные стороны границ раздела должны быть одинаковым. При тепловом равновесии давления по разные стороны границ раздела должны быть равные температуры, но равенство температур и давлений не означает, что система находится в равновесии. Фазы могут переходить одна в другую. Например, лед таять, вода замерзать. Процесс, когда соприкасающиеся фазы переходят одна в другую называется фазовым превращением.

При фазовых превращениях могут происходить изменения агрегатного состояния вещества. Например, конденсация и испарение (парообразование), плавление или затвердевание (кристаллизация), сублимация (возгонка) или конденсация в твердое состояние. Некоторые вещества могут иметь несколько твердых фаз (несколько кристаллических модификаций), такие вещества называются полиморфными, а соответствующее явление – полиморфизмом. Фазовый перход из одной кристаллической модификации в другое называется полиморфным превращением. Например, взамное превращение α- и γ-железа друг в друга. Некоторые жидкости могут имеет две модификации: например гелий I и гелий II.

Рассмотрим систему, состоящую из двух фаз. – масса первой фазы, – масса второй фазы., g – удельный потенциал Гиббса.

P

T

A

K

B

T

Пар

Жидк

Тверд

Плавление Испарение Возгонка

Масса должна оставаться величиной постоянной, меняться могут только значения,,. Если, то вторая фаза будет превращаться в первую фазу. Если, то первая фаза будет превращаться во вторую фазу. Таким образом, – условие состояния равновесия. Рассмотрим термодинамический потенциал Гиббса. Его дифференциал, для удельного потенциала Гиббса.

Рассмотрим диаграмму РТ. Найдем наклон кривой испарения. Для этого переместимся из точки 1 в точку 2 при этом и, тогда, где – удельная теплота испарения. Это уравнение Клапейрона – Клаузиуса. Как правило, объем газа больше объема жидкости, поэтому объемом газа мы можем пренебречь. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса, определяет наклон кривой испарения. Оно справедливо не только для испарения, но и для других фазовых превращений, которые происходят с выделением или поглощением тепла.

Дата добавления: 2014-01-04