Термодинамічні умови фазової рівноваги. Правило фаз

Згадаємо деякі, вже відомі нам, визначення. Система, що складається із декількох фаз, називається гетерогенною. Фазоюв термодинаміці називається гомогенна частина гетерогенної системи, що має однаковий склад, фізичні та хімічні властивості, відділена від інших частин системи поверхнею поділу, при переході через яку відбувається стрибкоподібне змінення системи.

Компонентом системиназивають будь-яку речовину, що входить до складу системи, яку з останньої можна видалити і яка може існувати у вільному вигляді. Спеціально виділяють поняття незалежного компонента.Справа у тому, що в системі можуть проходити хімічні реакції, і речовини системи не будуть незалежними. Кількість незалежних компонентів дорівнює кількості компонентів мінус кількість хімічних реакцій, що їх зв¢язують. Наприклад, чиста вода за нормальних умов – однокомпонентна система. При температурах порядку 1000⁰С відбувається дисоціація води за рівнянням:

2Н₂О = 2Н₂ + О₂.

Тут уже три речовини, але між ними проходить одна хімічна реакція. Отже, система двокомпонентна.

При описуванні багатокомпонентних систем завжди треба знати їх склад. Існує багато способів вираження складу систем. Найбільш зручним для описування складу багатокомпонентних систем є вираження кількості компонентів у мольних частках. Мольною часткоюкомпонента системи називають відношення кількості молів цього компонента до загальної кількості молів системи. Нехай, наприклад, система складається з трьох компонентів, кількість молів яких відповідно дорівнює n₁, n₂ i n₃. Тоді для мольних часток х_і можна записати:

, , .

Мольні частки компонентів зв¢язані між собою рівнянням

Х₁ + Х₂ + Х₃ = 1.

Для багатокомпонентної системи

å Х_і = 1. (6.16) Розглянемо тепер рівновагу між фазами, тобто гетерогенну рівновагу. Нехай у системі співіснують Ф фаз, кожна з яких складається із К компонентів. Система перебуває у фазової рівновазі, коли всі фази будуть у термодинамічній, механічній та хімічній рівновазі. Термічна рівновага виражається однаковістю температури у всіх фазах, механічна – тисків, хімічна – однаковістю хімічних потенціалів.

Т₁ = Т₂ = Т₃ = … = Т_ф,

Р₁ = Р₂ = Р₃ = … = Р_ф,

m₁¹ = m₂¹ = m₃¹ = … = m_ф¹, (6.17)

m₁² = m₂² = m₃² = … = m_ф²,

…………………………..,

m₁^к = m₂^к = m₃^к = … = m_ф^к.

Тут верхнім індексом позначається номер компонента, а нижнім – номер фази. Співвідношення (6.17) є термодинамічними умовами фазової рівноваги.

Розрахуємо тепер кількість незалежних змінних, що входять до складу рівняння (6.17) та кількість рівнянь, що зв¢язують ці змінні. У перших двох рядках – 2Ф змінних. Хімічний потенціал залежить від концентрації всіх К компонентів. Однак незалежними будуть тільки (К - 1) компонентів, оскільки частки усіх компонентів у кожній фазі зв¢язані рівнянням åХ_і = 1. Таким чином, хімічні потенціали К компонентів у Ф фазах можна виразити за допомогою Ф(К – 1) змінних. Загальна кількість змінних у рівностях (6.17) дорівнює 2 Ф + Ф×(К-1).

Кожен рядок рівності (6.17) дає (Ф – 1) рівнянь. Кількість усіх рядків дорівнює (К + 2). Отже, кількість незалежних рівнянь дорівнює (Ф – 1) × (К - 2). Кількість рівнянь не може перевищувати кількості перемінних, оскільки у противному разі рівняння будуть наслідками одне одного або несумісними. Тому можна записати

1Ф + Ф×(К – 1) ³ (Ф – 1)×(К + 2),

звідки

Ф £ К + 2. (6.18)

Це одна з форм запису правила фаз:

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Рівняння Клапейрона-Клаузіуса	\|	СТИСЛИЙ конспект лекцІй

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.