ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ

Термодинамическая теория фазовых равновесий и растворов позволяет на основе опытных данных по диаграммам состояния теоретически предвидеть и рассчитать условия для получения нужных продуктов путем испарения, кристаллизации, экстракции и других фазовых переходов.

Прежде чем приступить к решению задач по разделу фазовые равновесия, следует проработать соответствующий лекционный материал. По учебнику [1] изучить теоретический материал и разобрать решения типовых задач по задачнику [2].

При выполнении задания следует учесть, что общие закономерности, которым подчиняются равновесные системы, содержащие любое число фаз и компонентов, устанавливаются «правилом фаз» Гиббса, согласно которому

, (2.1)

где К – число компонентов системы, Ф – число фаз, n – число внешних факторов, определяющих существование системы (p, T, c), С – число степеней свободы, показывающая число переменных, которым можно придавать произвольные значения, не изменяя число фаз.

Количественно условие равновесия фаз в однокомпонентных системах выражается уравнением Клаузиуса:

, (2.2)

где - производная, описывающая изменение давления пара над жидкостью или твердым телом при испарении или возгонке; - молярная теплота равновесного фазового перехода при температуре и давлении ; - температура фазового перехода; - изменение объема одного моля вещества при фазовом переходе.

Интегрирование уравнения Клаузиуса из предположения для равновесия газ-жидкость и газ-твердое тело приводит к уравнению Клаузиуса-Клапейрона:

. (2.3)

Поэтому для системы газ-жидкость тангенс угла наклона зависимости ln р =f(1/Т) дает значение , а для системы газ-твердое тело – значение . Точка пересечения этих прямых дает координаты тройной точки.

Температуру кипения Т_кип вещества при нормальном давлении определяют по формуле, полученной из уравнения Клаузиуса-Клапейрона:

. (2.4)

Для проверки применимости правила Трутона к данной системе необходимо найти отношение . Если оно отличается от значения 89 , то правило Трутона не применимо.

Взаимосвязь параметров в равновесной системе газ-твердое тело выражается уравнением:

. (2.5)

Теплоту плавления вещества при температуре тройной точки определяют исходя из теплоты возгонки и теплоты испарения:

. (2.6)

Параметры процесса возгонки определяют по следующим формулам:

, (2.7)

, (2.8)

, (2.9)

(2.10)

Литература:[1], с. 152 – 181, 210 - 220; [2], с. 67 – 71.