Студопедия — Правило фаз Гиббса: в равновесной многофазной системе число степеней свободы равно числу компонентов плюс два, минус число фаз
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Правило фаз Гиббса: в равновесной многофазной системе число степеней свободы равно числу компонентов плюс два, минус число фаз






С = К + 2 - Ф или Ф + С = К + 2,

где С – число степеней свободы

К – число компонентов

Ф – число фаз в системе

Число степеней свободы – характеризует вариантность системы, т.е. число независимых переменных (Р, Т и С), которые можно произвольно изменять в некоторых пределах так, чтобы число равновесных фаз в системе осталось неизменным.

Например, состояние идеального газа характеризуется 3-мя параметрами Р, V, Т. Число степеней свободы для него равно двум, что соответствует 2-м произвольно заданным параметрам: Р и Т, Р и С, С и Т, а третий будет определен из уравнения состояния. Лишенную степеней свободы систему например:

[ лед ] ↔ {вода} ↔ (пар)

предложено называть инвариантной, если (С = 0).

моновариантной, если (С = 1),

бивариантной, если (С = 2).

Компонентами называются независимые составляющие, наименьшего числа которых вполне достаточно чтобы построить любую фазу в системе, находящейся в равновесии. В физических системах число компонентов равно числу составляющих систему веществ, т.к. вещества не вступают между собой в химическое взаимодействие.

Например, физическая система состоящая из воды, льда и водяного пара при 0,010С и 612 Па, однокомпонентна, поскольку для формирования всех 3-х фаз в системе достаточно одного индивидуального вещества – воды. Она инвариантнат.к. нельзя изменить ни Т, ни Р в системе, не изменив числа фаз.

В химических системах число компонентов меньше числа составляющих веществ на число уравнений, по которым вещества, образующие систему, обратимо реагируют между собой. Рассмотрим на конкретном примере подсчет числа компонентов химической системы:

CaCO3(тв) CaO(тв) + СО2(г)

(равновесная гетерогенная система)

Составляющих веществ – 3.Число уравнений их связывающих в системе равно одному. Число компонентов К = 3 – 1 = 2. Значит эта система двухкомпонентна.

Фазой называется гомогенная частьгетерогенной системы, обладающая одинаковым химическим составом и термодинамическими свойствами, ограниченная поверхностью раздела.

Диаграммы, отражающие зависимость физических свойств от состава, которые не могут быть представлены в виде функции только давления, температуры и концентрации – называются диаграммами состав - свойство.

Рассмотрим диаграмму физической равновесной однокомпонентной системы

 

 

В условиях равновесия, три области диаграммы, соответствующие существованию воды в твердом, жидком и газообразном состояниях, разграничиваются тремя кривыми линиям, которые сходятся в общей точке О. Кривая ОА разделяющая жидкое и газообразное состояние, определяет значения Р и Т, при которых осуществляется кипение. Например, при давлении 1атм Ткип= 1000С (x), при более низких давлениях Ткип соответственно понижается. В частности вода может кипеть при комнатной температуре, если снизить давление над поверхностью воды до 0,003атм. И наоборот, повышение давления приводит к возрастанию температуры кипения воды до тех пор, пока не будет достигнута критическая точка А. При температуре, отвечающей этой точке – критической температуре - величины, характеризующие физические свойства жидкости и пара становятся одинаковыми, так что различие между жидким и парообразным состоянием исчезает.

(·) О [ лед] «{вода} «(пар)

 

(·) О – называется тройной точкой в равновесии сосуществуют три фазы - лед, вода и пар, число фаз = 3.

 

С = 1 + 2 – 3 = 0 - система инвариантна,

нельзя менять параметры, они должны быть строго постоянными: Т =273К, Р =610,5 Па (6,03∙ 10-3 атм, 4,6 мм.рт.ст.).

Но ни все вещества могут находиться во всех агрегатных состояниях. Так карбонат кальция невозможно получить ни в жидком, ни в газообразном состоянии.

 

(―) ОА { вода} «(пар) (по линии ОА в равновесии пар и вода)

(―) ОС { вода} «[лед]

 

(―) ОВ [ лед] «(пар)

 

Точка (а) – в равновесии 2 фазы, пар и вода. С = 1+ 2 – 2 = 1 – моновариантная система, один из параметров может меняться произвольно, Р или Т.

 

Точка (б) – в равновесии вода. С = 1 + 2 – 1 = 2 – бивариантная система, могут произвольно меняться 2 параметра Р и С, Т и С.

Изменение фазового состояния вещества, т.е. переход одного физического состояния в другое (например, плавление, испарение, сублимация) всегда приводит к изменению энтальпии. Температура, при которой происходит фазовое превращение называется температурой перехода.

Стандартной молярной энтальпией плавления DHпл. называется изменение энтальпии, которым сопровождается плавление одного моль вещества при его температуре плавления и давлении 1атм.

 

Стандартной молярной энтальпией испарения DHисп. называется изменение энтальпии, которым сопровождается испарение одного моль вещества при его температуре кипения и давлении 1атм. Молярная энтальпия испарения воды имеет аномально большое значение, это объясняется наличием водородных связей.

При растворении твердого тела в воде, растворение прекращается, когда между растворенным веществом и находящимися в растворе молекулами того же вещества установится равновесие.

В двух - или многокомпонентных системах могут возникать растворы. Согласно правилу фаз Гиббса — Коновалова, раство­ром называется гомогенная система (или часть системы — фаза), состоящая из двух или нескольких компонентов.

Обычно растворами называют жидкие или твердые фазы, так как в газообразном состоянии силы взаимодействия между моле­кулами очень слабы и называем их газовыми смесями. При со­стоянии газа, близком к критическому, возможно образование растворов (Гкрит; р Крит) •,

Взаимодействие частиц растворенного вещества и раствори­теля приводит к изменению их свойств и создается новая систе­ма — раствор. Процесс образования растворов энергетически обусловлен. Во-первых, при образовании раствора резко увеличи­вается энтропия: As—энтропия смешения (см. п. 8.2) больше нуля. Во-вторых, при взаимодействии частиц между собой и при образовании комплексов между ними изменяется энтальпия системы ДЯ<0.

Изменение энергии Гиббса при растворении

AG =АН — TAs.

Если при образовании ра­створа поглощается энергия и АН > 0, то энтропия растворе­ния всегда больше нуля и про­цесс самопроизвольного раство­рения возможен (криогидратные растворы).

Рис. 8.12. Фазовая диаграмма воды (сплошная) и водного раствора (штри­ховая линии) для постоянной концен­трации (С = const)

Физические свойства новой системы — раствора отличают­ся от свойств растворителя, так как растворенное вещество, об­разуя с ним комплексы, пони­жает его активность и, в част­ности, всегда понижает упру­гость его пара (Рауль), а это приводит к изменению темпера­туры кристаллизации и темпе­ратуры кипения.

На рис. 8.12 приведена фазовая диаграмма воды, в которой тройная точка (нонвариантная система) обладает координатами: Г=273,15 К, р=610,5Па. Температура кипения при давлении 1,013-105Па соответствует 373,15 К. Введение растворенного вещества (второй компонент) увеличивает число степеней сво­боды и константные точки растворителя начинают смещаться в зависимости от концентрации растворенного вещества. На этой же диаграмме штриховой линией нанесена кривая давления на­сыщенного пара над водным раствором некоторой постоянной концентрации С = const. Пересечение штриховой кривой с изоба­рой р= 1,013-105 Па произойдет при температуре выше 373 К, а с кривой давления пара надо льдом — ниже 273,15 К. Все изме­нения константных точек могут быть вычислены или определены экспериментально. Для разбавленных растворов они прямо про­порциональны числу молей растворенного вещества.

24)

24

Зако́ны Ра́уля — общее название открытых французским химиком Ф. М. Раулем в 1887 г. количественных закономерностей, описывающих некоторые коллигативные (зависящие от концентрации, но не от природы растворённого вещества) свойства растворов.







Дата добавления: 2015-04-19; просмотров: 1475. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Логические цифровые микросхемы Более сложные элементы цифровой схемотехники (триггеры, мультиплексоры, декодеры и т.д.) не имеют...

Типовые ситуационные задачи. Задача 1.У больного А., 20 лет, с детства отмечается повышенное АД, уровень которого в настоящее время составляет 180-200/110-120 мм рт Задача 1.У больного А., 20 лет, с детства отмечается повышенное АД, уровень которого в настоящее время составляет 180-200/110-120 мм рт. ст. Влияние психоэмоциональных факторов отсутствует. Колебаний АД практически нет. Головной боли нет. Нормализовать...

Эндоскопическая диагностика язвенной болезни желудка, гастрита, опухоли Хронический гастрит - понятие клинико-анатомическое, характеризующееся определенными патоморфологическими изменениями слизистой оболочки желудка - неспецифическим воспалительным процессом...

Признаки классификации безопасности Можно выделить следующие признаки классификации безопасности. 1. По признаку масштабности принято различать следующие относительно самостоятельные геополитические уровни и виды безопасности. 1.1. Международная безопасность (глобальная и...

Определение трудоемкости работ и затрат машинного времени На основании ведомости объемов работ по объекту и норм времени ГЭСН составляется ведомость подсчёта трудоёмкости, затрат машинного времени, потребности в конструкциях, изделиях и материалах (табл...

Гидравлический расчёт трубопроводов Пример 3.4. Вентиляционная труба d=0,1м (100 мм) имеет длину l=100 м. Определить давление, которое должен развивать вентилятор, если расход воздуха, подаваемый по трубе, . Давление на выходе . Местных сопротивлений по пути не имеется. Температура...

Огоньки» в основной период В основной период смены могут проводиться три вида «огоньков»: «огонек-анализ», тематический «огонек» и «конфликтный» огонек...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия