§5.1. Условия равновесия фаз
Равновесное состояние однородного тела полностью определяется заданием двух каких-либо термодинамических величин. Например, состояние идеального газа полностью определяется заданием объема V и давления р. Однако нет никаких оснований утверждать, что при всякой паре Vи р тепловому равновесию будет соответствовать именно однородное состояние тела. Может оказаться, что при данных объеме и давлении в тепловом равновесии тело не будет однородным, а распадется на две или большее число соприкасающихся однородных частей, находящихся в различных состояниях. Такие состояния вещества называются различными фазами вещества.
Фазой называется часть системы, при отсутствии внешних полей одинаковая во всех точках по химическому составу, физическим свойствам и отделенная от других однородных частей системы поверхностью раздела.
Газы полностью смешиваются друг с другом, поэтому в системе может быть только одна газовая фаза, но много твердых и жидких фаз. Сочетание различных фаз может быть весьма разнообразным; их систематизацией и предсказанием занимается термодинамика.
Систему, состоящую из одной фазы, называют гомогенной, а систему из нескольких фаз - гетерогенной. Равновесие, которое устанавливается в гетерогенной системе, называют фазовым, а критерии равновесия выражают тремя условиями: тепловым, механическим и химическим. 1. Тепловое условие равновесия предполагает, что между двумя фазами α и β, находящимися в равновесии, должны быть одинаковые температуры:
Та =Tβ (5.1)
2. Механическое условие равновесия утверждает, что между фазами происходит обмен объемами до тех пор, пока в них не установятся одинаковые давления:
Ρα = Ρβ (5.2)
3. Химическое условие равновесия говорит о том, что между фазами происходит обмен веществом до тех пор, пока не будет достигнуто равенство химических потенциалов.