Лекция 6 ПРАВИЛО ФАЗ ГИББСА. УРАВНЕНИЕ КЛАЙПЕРОНА-КЛАУЗИУСА. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ Термодинамическая теория фазовых равновесий и растворов позволяет на основе опытных данных по диаграммам состояния теоретически предвидеть и рассчитать условия для получения нужных продуктов путем испарения, кристаллизации, экстракции и других фазовых превращений
ПРАВИЛО ФАЗ ГИББСА. УРАВНЕНИЕ КЛАУЗИУСА-КЛАЙПЕРОНА. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ Фаза – это совокупность частей системы, обладающих одинаковыми (или непрерывно от точки к точке изменяющимися) термодинамическими свойствами и отделенных от других частей поверхностями раздела. Составляющие вещества системы - индивидуальные химические вещества, которые могут быть выделены из системы и существовать вне её. Составляющие вещества, наименьшее число которых необходимо и достаточно для образования всех фаз данной равновесной системы, называются компонентами. При этом считается, что эти вещества могут быть. Термодинамической степенью свободы (вариантностью) системы называется число термодинамических параметров, которые можно независимо менять, не меняя при этом числа и вида фаз данной системы.
Основным законом, позволяющим охарактеризовать фазовое равновесие, является так называемое правило фаз Гиббса (1876): число степеней свободы (независимых параметров) системы, на которую из внешних факторов влияют только температура и давление, равно числу независимых компонентов минус число фаз плюс два: F = К – Ф + 2. Свойства конденсированных систем практически не зависят от давления, поэтому число внешних факторов (параметров) уменьшается на единицу, а по правилу фаз определяется так называемая условная вариантность системы: Fусл = К – Ф + 1. В зависимости от числа степеней свободы системы подразделяют на: инвариантные или нонвариантные, (F = 0), моновариантные (F = 1), дивариантные (F = 2) и т. д. При F=0 в равновесии находится наибольшее число фаз для данной системы. Правило фаз Гиббса дает основное условие термодинамического равновесия в гетерогенных системах.
Однокомпонентные гетерогенные системы. В однокомпонентных системах фазы состоят из одного вещества в различных агрегатных состояниях. Если вещество может давать различные кристаллические модификации, то каждая из них является особой фазой. Согласно правилу фаз Гиббса для однокомпонентной системы число степеней свободы определяется соотношением F = К – Ф + 2 = 1 – Ф + 2 = 3 – Ф. Из уравнения следует, что в однокомпонентной системе (К = 1) число фаз Ф, находящихся в равновесии, не может быть больше трех, так как число степеней свободы F не может быть отрицательным и его наименьшее значение равно нулю. Таким образом, однокомпонентные системы могут быть одно-, двух- и трехфазными. В соответствии с этим по числу степеней свободы их подразделяют на бивариантные: Ф = 1, F =2, моновариантные: Ф = 2, F = 1, и инвариантные (безвариантные, нонвариантные): Ф = 3, F = 0.
Фазовая диаграмма состояния системы. Графическая зависимость состояния системы и фазовых равновесий в ней от внешних условий (или от её состава) называется фазовой диаграммой, или диаграммой состояния. Эти диаграммы строятся по экспериментальным данным. Ø Принцип непрерывности: при непрерывном изменении параметров, определяющих состояние системы, свойства отдельных фаз изменяются также непрерывно, свойства же всей системы в целом изменяются непрерывно лишь до тех пор, пока не меняется число или природа фаз. При исчезновении старых или появлении новых фаз свойства системы изменяются скачкообразно. Ø Принцип соответствия: на диаграмме состояния при равновесии каждому комплексу фаз и каждой фазе в отдельности соответствует свой геометрический образ: плоскость (область), линия и точка. Ø Любая точка на диаграмме называется фигуративной и отражает состояние системы (состав и природу фаз, условия их существования). Диаграмма представляет собой совокупность фигуративных точек.
Фазовая диаграмма однокомпонентной системы. Любое свойство однокомпонентной системы (её параметр состояния) определяется однозначно двумя независимыми переменными: температурой и давлением, т. е. только внешними условиями. В однокомпонентной системе могут происходить три фазовых перехода, отвечающих трем агрегатным состояниям: твердое тело-жидкость; твердое тело-пар; жидкость-пар; возможны также переходы между различными кристаллическими модификациями. Каждый фазовый переход характеризуется своими изменениями энтальпии и объема и каждому из них отвечает своя зависимость Р =f(Т).
Диаграмма состояния диоксида углерода
Диаграмма состояния воды при невысоких давлениях
Скачать презентацию Лекция 6 ПРАВИЛО ФАЗ ГИББСА УРАВНЕНИЕ КЛАЙПЕРОНА-КЛАУЗИУСА ДИАГРАММЫ
Лекция 6 русс.ppt