Общие условия равновесия термодинамической системы. Условия равновесия нескольких фаз вещества. Фазовые диаграммы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

 

Равновесное состояние термодинамической системы (ТС), характеризующееся при постоянных внешних условиях неизменностью параметров по времени и отсутствием в системе потоков, т.е. отсутствие стремления к самопроизвольному изменению состояния. Все самопроизвольные процессы направлены ы сторону равновесного состояния.

Термодинамические системы разделяют на гомогенные и гетерогенные, каждая из которых может находится в состоянии устойчивого или неустойчивого равновесия.

Гомогенные системы – системы не имеющие поверхности раздела между их любыми частями (смеси газов, жидкие и твердые растворы, хим. однородные тела в одном агрегатном состоянии: твердом, жидком , газообразном).

Гетерогенные системы – состоят из отдельных частей (фаз), разграниченных поверхностями раздела (лед-вода; вода- пар;).

Фаза – это гомогенная часть гетерогенной системы, ограниченная поверхностью раздела.

Устойчивое равновесное состояние ТС – такое, при котором при устранении внешнего воздействия система возвращается в исходное состояние.

Неустойчивое равновесное состояние ТС – такое, при котором при устранении внешнего воздействия система не возвращается в исходное состояние.

Условие фазового равновесия- если одна и более фаз находятся в состоянии равновесия, то температура и давление этих фаз равны.

Фазовым переходом называют переход вещества из одной фаз в другую.

ОА – кривая плавления –затвердевания; ОB – кривая сублимации- десублимации ; ОК – кривая кипения –конденсации; К – критическая точка; О – тройная точка.

Фазовая диаграмма

Правило фаз Гиббса -для ТС, находящейся в равновесии, связь между числом степеней свободы (независимых переменных) , числом фаз r и числом компонентов системы n устанавливается в форме:

Частные случаи для чистых веществ однокомпонентной системы:

- для однофазной системы: , независимыми переменными являются два параметра (p T), а остальные определяются однозначно через них.

- для двухфазной системы , независимой переменной может быть только либо p либо T.

- для трехфазной системы , три фазы могут находится только при постоянных и конкретных для каждого вещества значений давлений и температур.

Уравнение Клайперона- Клаузиуса связывает калорические параметры процесса парообразования (энтальпию парообразования и энтропию парообразования ) с термодинамическими параметрами .

С помощь уравнения возможно определить изменения калорических величин не прямым измерением а расчетным путем по измеренным термодинамическим параметрам и наоборот по измеренным калорическим и термодинамическим параметрам рассчитывают тот параметр который трудно измерить.

 

Где r – теплота фазового перехода (теплота поглощаемая (выделяемая) в результате равновесного перехода вещества из одной фазы ы другую)

Тн – температура насыщения, при которой происходит процесс фазового перехода