1. Равновесие в гетерогенных системах. Основные понятия.

В-ва могут находиться в 3-х состояниях: жидкое, твёрдое и газ.

Если мы говорим, что вода является жидкой при данных условиях (P,T) подразумеваем, что основное кол-во в жидком состоянии

Н₂О_ж↔Н₂О_пар Н₂О_ж↔Н₂О_тв Н₂О_тв↔Н₂О_пар

При изменении термодинамических параметров вода

Может перейти из жидкости в газ. Такого рода переходы называются фазовыми. Говоря о фазовых переходах, мы подразумеваем фазовое равновесие в гетерогенных системах. Не следует путать фазовые переходы с агрегатными превращениями.

Фаза - гомогенная (однородная) часть системы, имеющая во всех точках одинаковый химический состав, одни и те же физ. и хим. свойства и отделенная от других частей системы поверхностью раздела.

Составляющее в-во – часть системы, которое может быть выделено из системы и существовать вне нее неограниченное время.

Компонент – независимое составляющее в-во, концентрация которого определяет состав фазы данной системы.

Понятия компонента и составляющего в-ва не являются эквивалентными.

Гетерогенные системы бывают 2-х видов:

1) системы в которых не протекают хим. реакции (в таких системах число св равно числу компонентов)

2) системы в которых протекают хим. реакции (число компонентов равно числу св минус число хим. реакций )

к=3-1=2

Таким образом, компонент – наименьшее число составляющих в-в, знание концентрации которых достаточно для описания системы.

2. Правило фаз Гиббса.

Состояние любой системы можно описать с помощью независимых переменных (P,T,V,C). Если система находиться в равновесии, возможно изменение ограниченного числа термодинамических параметров.

Равновесие в гетерогенных системах предполагает постоянство числа и природы фаз системы.

Число степеней свободы – число независимых переменных, которое можно менять без изменения природы и числа фаз системы, или наименьшее число параметров, с помощью которых можно описать состояние системы.

Правило фаз Гиббса устанавливает зависимость между числом степеней свободы, фаз, компонентов и числом независимых внешних переменных.

Ф+С=К+n

С=К+n-Ф

n-число независимых внешних переменных с изменением которых изменяется состояние системы (как правило =2 (T,P))

Число степеней свободы характеризует вариантность системы, св увеличивается с числом компонентов и уменьшается с увеличением числа фаз.

Если С=0 то в равновесии находиться max число фаз для данной системы; если С=0 – безвариантная (инвариантная система; если С=1 – одновариантная и тд.

Гетерогенные системы классифицируются по числу компонентов (одно-, двух-, трехкомпонентные системы).

3. Однокомпонентные системы. Диаграмма состояния однокомпонентной системы.

Изучение гетерогенных систем проводиться на основе построение диаграмм состояния.

Диаграмма состояния – графическое изображение зависимости между параметрами характеризующие состояние системы. Каждая точка на диаграмме состояния определяет численное значение параметров состояния.

Состояние однокомпонентной системы можно описать 2-я параметрами (Т и Р)

С=К+2-Ф К=1

С=3-Ф

Из формулы видно, что в равновесии одновременно может существовать 3 фазы.

Рассмотрим диаграмму воды в области среднего давления

Кривые разбивают диаграмму на 3 поля, каждое поле соответствует одному агрегатному состоянию воды

С=3-1=2 (Т, Р)

Точки лежащие на кривых характеризуют равновесие в т2 Н₂О_ж ↔Н₂О_г

С=3-2=1 (Т или Р)

ОС кривая испарения, характеризует зависимость давления насыщенного пара и жидкой воды от Т.

ОВ кривая плавления, характеризует зависимость Т замерзания от внешнего давления.

ОА кривая возгонки, характеризует зависимость насыщенного пара от Т

ОД характеризует давление насыщенного пара льда над переохлажденной водой характеризуется метастабильным равновесием

О тройная точка, которая выражает условие равновесия между паром, льдом и жидкой водой

В точке О С=3-3=0

Р=610,5Па Т=273К