5.2 Хімічний потенціал речовин

Хімічний потенціал,  – це функція, що характеризує стан компонента в фазі за певних зовнішніх умов. Вільна енергія відкритих систем залежить не тільки від їх температури, тиску і об'єму, але й від кількості речовини компонентів у системі. При доданні в систему або вилученні з неї певної кількості будь-якого компоненту внутрішня енергія системи буде змінюватися. Хімічний потенціал компоненту визначається за зміною значень вільної енергії системи (термодинамічних потенціалів) при доданні до системи або вилучення з неї 1-го моля цього компоненту:

= . (5.2)

В інтегральній формі рівняння (5.2) буде мати такий вигляд:

. (5.3)

Таким чином термодинамічні потенціали систем дорівнюють сумі добутків хімічних потенціалів усіх компонентів системи на їх кількість за умов сталості певних параметрів: температури, об’єму, тиску.

Хімічний потенціал залежить від концентрації компоненту в системі. За сталої температури хімічний потенціал визначається рівнянням:

, (5.4)

де С_і – концентрація і-го компоненту у розчині, ₀ – стандартний хімічний потенціал і-го компоненту, тобто його значення за стандартних умов.

За величинами хімічних потенціалів речовин визначають можливість і напрямок їх фазових переходів. Самочинний перехід компоненту здійснюється з фази, де значення його хімічного потенціалу більше, в фазу, де його потенціал менший. Перехід супроводжується зменшенням значення хімічного потенціалу компоненту в першій фазі і збільшенням його в другій. Під час фазового переходу різниця між хімічними потенціалами компоненту в обох фазах зменшується, і коли значення потенціалів зрівняються, досягається стан фазової рівноваги. Таким чином, хімічний потенціал є критерієм, що характеризує здатність компонентів до виходу з фази шляхом випаровування, кристалізації, розчинення і т.д.

5.3 Фізико-хімічний аналіз

Задачею фізико-хімічного аналізу (ФХА) є вивчення залежностей між властивостями рівноважних систем та їх складом і зовнішніми факторами, які впливають на стан рівноваги. Основним методом ФХА є побудова діаграм стану систем (фазових діаграм), які графічно описують одержані залежності. На цих діаграмах користуються геометричними поняттями: окремі фази зображують як частини простору, двофазні рівноважні системи – як лінії, і трифазні системи зображують крапками. Аналіз фазових діаграм дозволяє визначати склад гетерогенних систем, температури фазових переходів компонентів, виявляти наявність в системах хімічних сполук.

Основним принципом ФХА є принцип безперервності Курнакова: "При поступовій неперервній зміні параметрів системи (тиску, температури або складу фаз) властивості системи також змінюється поступово і безперервно; якщо ж одна з фаз зникає або з’являється нова фаза, то властивості системи змінюються стрибкоподібно".