Надо Знать

добавить знаний



Правило фаз



План:


Введение

Фазовая диаграмма


Пр?вило фаз, или правило Гиббса - соотношение, связывающее количество различных веществ (компонентов), фаз и термодинамических степеней свободы в гетерогенной системе (в состоянии термодинамического равновесия). Этим пользуются для нахождения в определенном пункте фазовой диаграммы высокого значения количества термодинамических степеней свободы.

f = N - P + 2 ,

где f - количество термодинамических степеней свободы N - количество компонентов системы; P - количество фаз.

f \; = \, N \, - \; P \; + \, 1 ,

потому что на твердое вещество изменение давления влияет немного или совсем не влияет.


1. Теория

Условием сосуществования фаз является равенство химических потенциалов каждого из веществ в каждой из фаз. Химический потенциал вещества в определенной фазе зависит от N +1 переменных: температуры, давления, концентрации веществ в фазе, которых насчитывается N-1. Если таких фаз P, то в целом насчитывается P (N-1) +2 переменные. Количество уравнений, в которых приравниваются химические потенциалы каждого из веществ в каждой из фаз N (P-1) . Таким образом, необходимое условие того, что химические потенциалы можно приравнять:

P <= N +2 ,

а число f = N +2-P определяет количество переменных, которые можно выбрать произвольно. Эти переменные получили название термодинамических степеней свободы.


2. Примеры

2.1. Вода

Вода может находиться в трех фазах: в виде льда, жидкости и (пары) газа. Состояние, когда все три фазы сосуществуют, имеет

f = 1 - 3 +2 = 0

степеней свободы. Поэтому на фазовой диаграмме он может сказываться лишь одниию точкой (это тройная точка воды).

Состояние, когда сосуществуют 2 фазы (например, вода и газ) имеет

f = 1 -2 +2 = 1

степеней свободы, то есть изображается на фазовой диаграмме линией. Действительно, в зависимости от давления и температуры вода и пар могут существовать в различных соотношениях. Однако, при выбранной температуре давление и соотношение воды в жидком состоянии и пари в равновесном состоянии фиксировано. Для заданного давления существует единая температура, при которой водяной пар над поверхностью жидкости насыщенная ( точка росы).


2.2. Смеси

Смесь двух веществ может существовать максимум в четырех фазах одновременно, поскольку для нее N = 2, и при f = 0 число P должно равняться четырем. Соответственно, максимальное количество фаз для смеси трех веществ - пять и т.д.. Для бинарной смеси тройные точки состоять в линии (число степеней свободы f = 1), а сосуществование двух фаз задается повехнею в пространстве, определенном давлением, температурой и концентрацией одного из веществ.

3. История

Правило фаз сфорулював в 1870-х Джозая Виллард Гиббс.


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам