Тема: Фазова рівновага.

Мета: Ознайомитися з основними поняттями фазової рівноваги.

План

1. Поняття про гетерогенні системи

2. Основні поняття фазових рівноваг:

а) фаза;

б) компонент;

в) ступінь свободи.

3. Правило фаз Гіббса

4. Класифікація систем

5. Рівновага в однокомпонентних системах

6. Рівновага в двокомпонентних системах

Всі системи, що існують в природі, поділяють на гомогенні та гетерогенні. Гомогенними називаються системи, які не мають внутрішніх поверхонь розділу. Вони однакові за своїм складом та властивостями. Гетерогенними називаються системи, які мають поверхні розділу, за якими стикаються однорідні частини, що відрізняються за своїм складом та якостям.

Дослідження гетерогенних систем проводять на основі термодинаміки, фізико-хімічного аналізу і правила фаз Гіббса (1800 роки) – він встановив, при яких умовах окремі однорідні ділянки гетерогенних систем (фази) знаходяться в стані термодинамічної рівноваги.

ФАЗОЮ називається сукупність гомогенних частин системи, що володіють однаковими термодинамічними властивостями (тобто властивостями, залежними від температури, тиску, концентрації та природи речовини) і відділених від інших частин системи видимими поверхнями розділу. Гомогенна система утворює одну фазу (наприклад, суміш газів, розчин декількох речовин в одній судині), а гетерогенна система може мати дві, три та більше фаз, наприклад: бензол – пари бензолу (2 фази), вода – лід - пара (3 фази), тощо.

При вивченні фазових рівноваг необхідно також визначати кількість компонентів. КОМПОНЕТ – це хімічно однорідна складова частина системи, яка при виділенні з системи існує в ізольованому вигляді як завгодно довго. В трифазній системі вода - лід – пара всього один компонент – вода.

СКЛАДОВОЮ ЧАСТИНОЮ називається усяка проста речовина або хімічна сполука, що входить до системи. Тобто всі складові частини системи є незалежними одна від одної. В фізичних системах (тобто в системах, складові частини яких не реагують одна з одною) число незалежних компонентів дорівнює числу складових частин. В хімічних системах (тобто в тих, в яких складові частини реагують одна з одною) число незалежних компонентів дорівнює числу складових частин мінус кількість хімічних реакцій, що протікають в даній системі при даних умовах. Наприклад, система

СаСО₃ = СаО + СО₂

має три фази, три складові частини і два незалежних компонента (так як тут протікає одна хімічна реакція, 3 - 1 = 2). Отже, концентрацію будь-яких двох з трьох речовин, зв'язаних рівнянням, можна змінювати довільно. Концентрація третьої речовини – величина залежна, її визначають з рівняння реакції.

Щоб охарактеризувати стан рівноваги в тій чи інший гетерогенній системі, необхідно знати число ступенів свободи. Під ЧИСЛОМ СТУПЕНІВ СВОБОДИ розуміють умови (температура, тиск, концентрація), які можна довільно змінювати в системі без порушення стану рівноваги, тобто без зміни числа і вигляду фаз системи.

Число фаз, компонентів і ступенів свободи для випадку гетерогенної системи, що знаходиться в стані рівноваги, зв'язані між собою простим рівнянням, названим ПРАВИЛОМ ФАЗ ГІББСА: