Главная > Физика > Введение в молекулярную физику и термодинамику
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

е. Равновесие фаз в случае более чем одного компонента. Правило фаз.

Когда две фазы, каждая из которых состоит из нескольких компонентов, находятся в равновесии между собой, мы можем найти условие равновесия, переведя небольшое количество компонента из второй фазы в первук) при постоянных Тир, точно таким же образом, как мы это делали в случае единственного вещества. Изменение свободной энтальпии первой фазы будет тогда для второй фазы аналогично оно равно где есть число киломолей компонента перенесенных из второй фазы в первую. Отсюда

так что в равновесии каждый компонент удовлетворяет условию

В состоянии равновесия системы, в которой возможен перенос вещества между различными фазами, термодинамические потенциалы каждого из компонентов должны быть равны во всех фазах.

Когда система состоит из различных фаз, мы получаем уравнений

для каждого компонента и Выражение является уравнением, связывающим и концентрации в двух соответствующих фазах Если имеется с компонентов, то полное число соотношений между параметрами и концентрациями [Уавно Полное число параметров, необходимых для однозначного

определения состояния, равно этими параметрами являются концентраций в каждой из фаз а.

Между этими параметрами имеется соотношений, откуда следует, что только

параметров являются независимыми переменными. Эта величина называется числом степеней свободы системы. Итак, мы получаем правило

Число степеней свободы

Это правило фаз Гиббса: число степеней свободы системы равно числу компонентов плюс два минус число фаз.

Система с одним компонентом и одной фазой является бивариантной, т. е. имеет две степени свободы: давление и температура могут меняться произвольным образом. При наличии равновесия между двумя фазами система является моновариантной, т. е. имеет только одну степень свободы: если температура задана, то давление должно иметь определенное значение. Когда три фазы находятся в равновесии, система является инвариантной, т. е. какие-либо изменения невозможны; температура и давление фиксированы (тройная точка системы).

Если система содержит два компонента, то двухфазное равновесие является бивариантным. Иначе говоря, в двухфазном равновесии два из четырех параметров и могут еще выбираться произвольно. Примером является раствор соли в воде. Если мы выбираем температуру и концентрацию соли в воде в качестве независимых параметров, то давление и концентрация в парах будут фиксированными: система бивариантна.

Понижая температуру либо увеличивая концентрацию соли в растворе, можно достичь состояния, в котором соль начнет кристаллизоваться. В этом случае мы имеем три фазы в равновесии между собой: твердую соль, насыщенный раствор и пар. Система стала моновариантной, ибо концентрация в насыщенном растворе

и паре, а также давление пара определяются одним параметром — температурой. Если теперь понижать температуру, то при определенном ее значении образуется лед с очень малым содержанием соли. Тогда мы имеем в равновесии четыре фазы: твердую соль, лед, раствор и пар, и система станет инвариантной. Такая точка называется эвтектической. Она аналогична тройной точке системы с одним компонентом, где три фазы находятся в равновесии друг с другом.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление