Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Диаграммы состояния однокомпонентных систем.
ЛЕКЦИЯ 4
Системы бывают гомогенными (однородными) и гетерогенными (неоднородными ). Гомогенная система состоит из одной фазы, а гетерогенная – из нескольких фаз
Фаза – совокупность всех гомогенных (однородных) частей системы, имеющих одинаковый состав, химические и физические свойства и отделенных от других частей системы поверхностью раздела.
Составляющие вещества системы(s) - это все те химические вещества, которые могут быть выделены из данной системы, могут существовать вне ее длительное время и из которых затем можно составить данную систему.
Пример 4.1. Раствор NaCl в воде. Здесь два составляющих вещества: NaCl и вода, хотя присутствуют и ионы Na+, Cl-, H+, OH-).
Независимые компоненты (k) – это те вещества, наименьшее число которых необходимо и достаточно для образования всех возможных фаз данной системы, находящейся в равновесии.
Число независимых компонентов k – это наименьшее количество составляющих веществ, с помощью которых можно выразить состав каждой фазы.
Число независимых компонентов k не всегда совпадает с числом составляющих веществ s:
k = s - q,
где q – число уравнений связи, которые могут связывать между собой концентрации каких-либо веществ в равновесной системе.
Пример 4.2. Смесь трех газов (HI, I2, H2), находящаяся в равновесии. Это - гомогенная однофазная система. Здесь есть три составляющих вещества – HI, I2, H2. В системе возможна следующая реакция:
H2 газ + I2 газ 2HIгаз
При равновесии между концентрациями (или парциальными давлениями) веществ выполняется следующее соотношение (уравнение связи):
(или )
Т.е., зная концентрации двух любых веществ, можно найти концентрацию третьего вещества. Поэтому в системе будет только два независимых компонента: k=s-q=3–1=2.
В общем случае состояние каждой фазы определяется давлением, температурой и ее составом (например, молярной долей каждого компонента ). При этом давление и температура являются внешними параметрами.
Диаграмма состояния гетерогенной системы – это графическое выражение связи между р, Т и составом отдельных фаз равновесной системы.
На диаграммах состояния различают фазовые и фигуративные точки. Фазовой точкой называется точка на диаграмме состояния, изображающая состояние равновесной фазы, т.е. давление, температуру и состав.
Фигуративная точка системы – это точка на диаграмме состояния, которая выражает р, Т и состав всей системы в целом (а не состав отдельной фазы!).