Вопрос 41 Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса

Равнове́сие фаз в термодинамике — состояние, при котором фазы в термодинамической системе находятся в состоянии теплового, механического и химического равновесия.

Типы фазовых равновесий:

1-Тепловое равновесие (все фазы вещества в системе имеют одинаковую температуру).

2-Механическое равновесие (равенство давлений по разные стороны границы раздела соприкасающихся фаз).

3-Химическое равновесие (равенство химических потенциалов всех фаз вещества)

Рассмотрим химически однородную систему (состоящую из частиц одного типа). Пусть в этой системе имеется граница раздела между фазами 1 и 2. Как было указано выше, для равновесия фаз требуется равенство температур и давлений на границе раздела фаз. Известно (см. статью Термодинамические потенциалы), что состояние термодинамического равновесия в системе с постоянными температурой и давлением соответствует точке минимума потенциала Гиббса.

Потенциал Гиббса такой системы будет равен

,

где μ1 и μ2 — химические потенциалы, а N1 и N2 — числа частиц в первой и второй фазах соответственно.

При этом сумма N = N1 + N2 (полное число частиц в системе) меняться не может, поэтому можно записать

.Предположим, что , для определенности, . Тогда, очевидно, минимум потенциала Гиббса достигается при (все вещество перешло в первую фазу).

Таким образом, равновесие фаз возможно только в том случае, когда химические потенциалы этих фаз по разные стороны границы раздела равны:

.