Фазовые равновесия

Методические указания к лабораторным занятиям

для студентов технологических специальностей

Могилёв 2003

УДК 541.1+ 536

Рассмотрены и рекомендованы

на заседании кафедры «Химия»

Протокол № 2 от 03.10 2003г.

Составители: к.фарм.н., доцент Э.С. Волкова

к.х.н., доцент А.В. Оботуров

ст. преподаватель Т.А. Полякова

Рецензент к.х.н., доцент С.Г. Константинов

© Могилёвский государственный университет продовольствия

Содержание

	Фазовые равновесия……………………………………………………….
	Лабораторная работа №1………..………………………………………...
	Лабораторная работа №2………..………………………………………...
	Лабораторная работа №3………..………………………………………...

Фазовые равновесия

Равновесия в гетерогенных системах, в которых отсутствует химическое взаимодействие между компонентами, а имеют место лишь фазовые переходы, являются фазовыми равновесиями. Примером фазового равновесия являются процессы фазовых переходов: плавление, испарение, возгонка, кристаллизация, конденсация.

Условием гетерогенного равновесия является равенство химических потенциалов i-го компонента во всех фазах, т.е.

m_i⁽¹⁾ = m_i⁽²⁾ = …m_i^(ф) (1)

Компонент или составная часть системы – это вещество, входящее в состав системы, которое может быть выделено из системы и существовать вне её длительное время. Наименьшее число изменяющихся независимо друг от друга компонентов (к), при помощи которых можно математически, т.е. посредством уравнений выразить состав каждой фазы, называются независимыми компонентами. Число независимых компонентов равно числу составных частей системы, если система не подвержена никаким ограничениям. При наличии ограничений в данной системе число независимых компонентов равно числу составных частей за вычетом числа уравнений (ограничений), связывающих концентрации этих веществ. Такими ограничениями могут быть: химические реакции, идущие в системе; константа химического равновесия для равновесной системы; тождественность состава фаз.

Фазой называется совокупность гомогенных частей системы, одинаковых по составу, а также по физическим и химическим свойствам и отделённых друг от друга видимой поверхностью раздела в соответствии с принципом непрерывности. При непрерывном изменении давления, концентрации, температуры свойства отдельных фаз системы изменяются также непрерывно. Свойства всей системы в целом изменяются непрерывно лишь до тех пор, пока не изменится число или характер её фаз.

Состояние системы характеризуется совокупностью термодинамических параметров – давлением, температурой, концентрациями. Независимые термодинамические параметры фаз равновесной системы, которые можно произвольно менять в дозволенных пределах, не изменяя числа или агрегатного состояния фаз, называются термодинамическими степенями свободы. Число степеней свободы называется вариантностью системы. По числу степеней свободы (f) системы делят на: инвариантные, для которых f = 0; моновариантные, для которых f = 1; бивариантные f = 2. Если учитывать влияние на систему только двух внешних факторов (давления и температуры), то связь между числом фаз (Ф), числом независимых компонентов (к) и числом степеней свободы для любых изолированных равновесных систем выражается правилом фаз Гиббса:

f = к – Ф + 2 (2)

При постоянном давлении (или температуре) уравнение правила фаз Гиббса имеет вид:

f = к – Ф + 1 (3)