Условия равновесия в гетерогенной системе

ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ.

Фундаментальные представления химической термодинамики применимы для характеристики фазового равновесия и фазовых переходов.

Фазовое равновесие означает одновременное существование термодинамически равновесных фаз в гетерогенной системе.

Например, жидкость со своим насыщенным паром (система жидкость-газ), вода и лед при температуре плавления (система жидкость-твердое тело), две несмешивающиеся жидкости (система жидкость-жидкость) и т.д.

Фазовое равновесие в зависимости от состава и параметров системы определяется правилом фаз Гиббса.

Система

/ \

гомогенная (однофазная) гетерогенная (многофазная)

Фаза –гомогенная часть гетерогенной системы, обладающая определенным набором физических и химических свойств и отделенная от других фаз поверхностью раздела.

Компонент –часть системы, которая может быть выделена из неё и существовать вне этой системы.

Например, раствор NaCl: компоненты NaCl и вода.

Число независимых компонентов (параметров) равно общему числу компонентов (параметров) минус число уравнений, связывающих их.

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ.

1) кристаллизация (ΔH<0)

2) плавление (ΔH>0)

3) испарение (ΔH>0)

4) конденсация (ΔH<0)

5) сублимация (возгонка) (ΔH>0)

6) десублимация (ΔH<0)

УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ В ГЕТЕРОГЕННОЙ СИСТЕМЕ.

Возможность T₁≠T₂

Направление T₁^>→T₂^<

Предел T₁=T₂ T, P – факторы интенсивности

Для определения возможности, направления и предела протекания процессов в гетерогенных системах можно воспользоваться выражением (µ_i – химический потенциал) – фактор интенсивности фазового перехода.

На рисунке представим схему перехода некоторого малого количества компонента i из фазы I в фазу II.

µ_i^I >µ_i^II

Возможность фазового перехода определяется химическим потенциалом.

1) Возможность процесса: µ_i^I ≠ µ_i^II

2) Направление процесса: если µ_i^I >µ_i^II , тоI → II

3) Предел процесса: µ_i^I = µ_i^II

Если, например, жидкость находится в равновесии со своим паром, то химический потенциал является одним и тем же для пара и жидкости (µ_i^ж = µ_i^п). При повышении температуры химический потенциал компонента в газовой среде снижается и становится ниже его химического потенциала в жидкой среде. Тогда в соответствии с условием µ_i^ж > µ_i^п часть жидкости будет самопроизвольно испаряться до тех пор, пока не произойдет выравнивание химических потенциалов сопряженных фаз.

Влияние внешних параметров на фазовое равновесие и фазовые переходы определяется правилом фаз Гиббса.