Стислі теоретичні відомості. Фазові рівноваги, правило фаз, фазові переходи

Фазові рівноваги, правило фаз, фазові переходи.

Молекули рідких і твердих тіл при любій температурі можуть переходити в газоподібну форму. Перехід рідини в газоподібний стан називається випарюванням, зворотній перехід речовини із газового стану в рідкий – конденсація. Перехід речовини із твердого стану в газоподібний являється сублімацією, зворотній процес – десублімація. Можливий перехід речовини із твердого стану в рідкий (плавлення) і із рідкого в твердий (кристалізація). Всі ці процеси, при яких речовини без зміни хімічного складу переходять із одного агрегатного стану в інший називаюся фазовими переходами.

Прикладом фазового переходу може бути перехід солі з осаду в розчин та з розчину в осад у насиченому розчині солі у воді. У такій системі 2 фази: тверда - сіль; рідка - розчин.

Фаза - це сукупність тіл системи однорідних за своїм складом та за своїми властивостями і відділених від інших частин системи межею розподілу. Так, в системі, яка складається із рідкої води льоду, дві фази: одна фаза – рідка, інша – тверда. Системи, які складаються із декількох фаз, називаються гетерогенними, із однієї фази – гомогенними.

Між фазами гетерогенної системи може встановлюватися рівновага, яка називається фазовою рівновагою.

Гетерогенна система може складатися із одного або декількох компонентів. Компонент - це індивідуальна речовина, яка міститься в кожній хімічній системі.

Рівновага в гетерогенних системах залежить від тиску, температури і концентрації. Ці параметри можуть змінюватися без порушення рівноваги. Кожна система завжди має якусь кількість параметрів для даних умов, які можливо змінювати у даних межах, не змінюючи кількість фаз у системі. Такі термодинамічні параметри називають ступені вільності.

Ступені вільності системи мають велике практичне значення, оскільки дають можливість створювати необхідні умови у виробництві для одержання потрібної фази, тобто дають можливість регулювати технологічні процеси так, як ці потрібно для народного господарства.

Кількість ступенів вільності визначають правилом фаз.

Правило фаз чи закон фаз був відкритий американським вченим Гіббсом:

С = К – Ф +2

де, С - кількість ступенів вільності

К - кількість компонентів

Ф - кількість фаз

Правило фаз було вивчено російським вченим Курнаковим. Особливе значення вчення Курнакова у вигляді фізико-хімічного аналізу фазового переходу знайшло застосування у металургії, виробництво солі та її сплавів.