В Химия. Учеб. пособие. Каждая химическая реакция, каждое дополнительное условие умень­шают число независимых компонентов на 1

-73-

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЕ

Фазовые равновесия

Каждая химическая реакция, каждое дополнительное условие умень­шают число независимых компонентов на 1. Таким образом, число независи­мых компонентов К выражается формулой

К = s – n – m,

где s – число веществ; n – число независимых химических реакций; m – чис­ло соотношений между концентрациями веществ или составами фаз.

Приведем другой метод определения числа независимых компонентов. Пусть имеется система из нескольких фаз в равновесии, и пусть химическим анализом определен состав каждой фазы. Если все фазы имеют одинаковый состав, то система состоит только из одного компонента. Если две фазы взаи­модействуют друг с другом с образованием третьей фазы, то имеется система из двух независимых компонентов; если необходимы три фазы, чтобы дать со­став четвертой, то в системе три компонента и т. д. Выбор независимых ком­понентов зачастую произволен, но число компонентов К – величина фиксиро­ванная, она является важной характеристикой системы при данных условиях.

Пример 1. Твердый оксид кальция, твердый карбонат кальция и газо­образный диоксид углерода находятся в равновесии. Общее число веществ s = 3. Число независимых компонентов в системе уменьшается на единицу (т. е. К = s – n = 3 – 1 = 2), благодаря наличию химического равновесия, в ко­тором участвуют три фазы:

CaCO_3(т) ←→ CaO_(т) + CO_2(г)

Равновесие описывается следующей константой:

К_р = [СО₂],

т. к. концентрации твердых веществ равны единице (CaCO₃ и CaO нераство­римы друг в друге). Данная константа не зависит от количеств карбоната и оксида кальция, принимающих участие в равновесии. Следовательно, систе­ма остается двухкомпонентной и в том случае, когда СаО и СО₂ получаются при диссоциации СаСО₃. Эти рассуждения будут справедливы для разложе­ния любого твердого вещества с образованием газообразной и твердой фазы другого состава. Карбонат кальция представляет пример вещества, которое испаряется с разложением, или инконгруэнтно. В данном случае вполне есте­ственно в качестве независимых компонентов выбрать СаО и СО₂. Возможны и другие пары компонентов: СаСО₃ и СаО, СаСО₃ и СО₂.

Пример 2. Водород и кислород находятся в равновесии с водяным па­ром (s = 3, n = 1). В этой однофазной системе существует два независимых компонента (H₂O и O₂, H₂O и H₂ или H₂ и O₂), потому что состав третьего оп­ределяется из уравнения равновесия:

H2O(г) ←→ 2 H2(г) + O2(г).

Если указаны дополнительные условия, то число независимых компо­нентов уменьшается до единицы (K = s – n – m = 3 – 1 – 1 = 1). Например, ес-

В Химия. Учеб. пособие

-74-