Раздел 7. Фазовое равновесие. Растворы

Тема 7.1. Фазовое равновесие

Основные вопросы:

1. Фазовые переходы. Понятия «фаза», «число компонентов», «число степеней свободы».
2. Правило фаз Гиббса.
3. Однокомпонентные системы. Диаграмма состояния воды.

Фаза – гомогенная (однородная) часть вещества.

Фазы отделены одна от другой межфазовыми границами (поверхностью раздела фаз).

Составные вещества ‑ вещества, входящие в состав системы, могут быть выделены из системы и могут существовать без неё.

В химических системах некоторые составные вещества могут образовываться в результате прохождения химической реакции. Такие составные вещества называются зависимыми.

Исходные вещества, составляющие систему – независимые вещества.

Компонент –это такая составная часть системы, наименьшего количество которого достаточно для создания любой фазы в системе, находящейся в равновесии. В физических системах число компонентов равняется числу составных веществ системы, так как они не вступают в химическое взаимодействие.

В химических системах число компонентов меньше числа составных веществ, образующих систему, на число химических уравнений, согласно которым вещества, образующие систему, обратимо реагируют между собой при данных условиях существования системы.

Правило фаз Гиббса: в равновесной многофазовой термодинамической системе, на которую извне влияют только температура и давление, число степеней свободы равно числу компонентов плюс два, минус количество фаз.

Фазовые равновесия – баланс 2-х фазовых переходов:

o Жидкость ↔ Пар

(переход жидкости в пар – испарение, кипение; переход пара в жидкость – конденсация).

o Твердое вещество↔ Жидкость

(переход твердого вещества в раствор – растворение, плавление; переход жидкости в твердое состояние – кристаллизация).

o Твердое вещество ↔ Пар

(переход твёрдого вещества в пар – сублимация, переход пара в твёрдое состояние ‑ десублимация).

Оба фазовых перехода – обратимые. Смещение равновесия достигается изменениями температуры и давления.

Экспериментальные данные влияния температуры и давления на фазовые равновесия характеризуются фазовыми диаграммами.

Число компонентов в фазовой системе определяется минимальным числом химически отдельных веществ, необходимых для описывания всех фаз данной системы.

Фазовая диаграмма воды (3 фазы, 1 компонент Н₂О)

Области диаграммы, ограниченные кривыми, соответствуют условиям, при которых устойчивой является только 1 фаза.

Область ВТС – соответствует жидкости (вода);

Область АТВ – тверда фаза (лед);

Область АТС – газообразная фаза (водяной пар).

Кривые фазовой диаграммы соответствуют состоянию равновесия 2-х фаз.

Кривая ТС: равновесие вода – пар;

т.Х – равновесие при Т = 373К (100⁰С) и Р = 1атм. – соответствует t_кип Н₂О.

Кривая АТ: равновесие лед – пар, кривая давления пара льда – кривая сублимации.

Кривая ВТ: равновесие лёд – вода, крива плавления.

Р↑, Т плавление ↓(исключительно для воды)

Р↑, Т плавление ↑(для большинства веществ)

В С 220 Р1 атм лёд вода   У 1,00 Х 6,03·10-3 S Т водяной пар   А   273,16 373 647 Т,к

Для Н2О: повышение давления разрушает водородные связи в кристалле льда, образуется более плотная жидкая фаза. т.У – лед в равновесии с водой при Т = 273К (00С) и Р =1атм. – соответствует tзам. Кривая SТ: изменение давления пара воды при температурах ниже, чем точка замерзания. Жидкость – в метастабильном состоянии. Явление, которое соответствует существованию воды в метастабильном состоянии, называется переохлаждением. т.С – критическая точка воды (при температурах и давлениях выше этой точки пары воды не могут быть превращены в жидкость ни при каких давлениях).

t_крит (Н₂О) = 647К; Р_крит (Н₂О) = 220атм.

т.Т – тройная точка (лёд, жидкая вода и водяной пар в равновесии):

Т = 273,16К, Р = 6,03 ∙ 10^-3атм.

Поиск по сайту: