Фазовые равновесия.

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:

H_{2 газ} + I_{2 газ} 2HI_газ

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!).