2014-02-12
658
ПРИМЕНЕНИЕ ПРАВИЛА ФАЗ ГИББСА К АНАЛИЗУ
Правило фаз Гиббса широко используют для анализа структур диаграмм состояния гетерогенных систем.
Применим правило фаз Гиббса к анализу структуры диаграммы состояния однокомпонентной системы, например, воды. В области средних значений давлений и температур вода может находиться в жидком, твердом (лед) и газообразном (пар) состояниях. Пусть состояние системы характеризуется двумя внешними параметрами: 
и 
. Тогда, для данного случая всегда: 
; 
.
1. Если вода находится в однофазном состоянии 
, тогда
.
Число степеней свободы равно двум или система дивариантна. На диаграмме такому состоянию системы отвечает плоскость, в пределах которой можно произвольно изменять два параметра: и , при этом число и вид фаз системы не изменится. В общем случае для трех фаз диаграмма состоит из трех плоскостей АОВ, DОС, и СОА, отвечающих состоянию воды в твердом, жидком и газообразном состоянии, соответственно.
2. Если в равновесии находятся две фазы – двухфазное состояние 
, то
|
|
|
.
Система моновариантная, следовательно, возможно изменение одного параметра: или . На диаграмме такое состояние выражается кривой. Таких кривых должно быть три (ОА, ОD и ОС), они разделяют три плоскости.
3. Если в равновесии находятся три фазы – трехфазное состояние 
, то
.
Система нонвариантная – в результате изменения любого параметра состояние системы изменится. Это означает, что три фазы могут находиться в равновесии только при определенных условиях. На диаграмме такое состояние выражается тройной точкой (точка пересечения трех кривых).
В результате рассуждений можно представить структуру диаграммы состояния воды, изображенной на рис. 12:
плоскость ВОС отвечает состоянию воды;
АОС – состоянию пара;
АОD – состоянию льда;
О – тройная точка;
ОА – характеризует равновесие между льдом и паром (кривая возгонки льда – сублимации пара);
ОВ – характеризует условие равновесия между льдом и водой (кривая плавления льда – кристаллизации воды);
ОС – характеризует условие равновесия между водой и паром (кривая испарения воды – конденсации пара);
ОD – кривая давления насыщенного пара над переохлажденной водой.
