Раздел 3. ТЕРМОДИНАМИКА ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ

Фазовым равновесием называют равновесие, которое устанавливается в неоднородной системе, т. е. в системе, содержащей не одну, а несколько однородных соприкасающихся частей. Однородные части системы называют фазами.

Если система содержит одну фазу, систему называют гомогенной, если две и больше - гетерогенной.

3.1. УСЛОВИЯ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ. ПРАВИЛО ФАЗ ГИББСА

Равновесие в гетерогенной системе характеризуется 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:

(3.1)

2. Механическое условие равновесия утверждает, что между фазами происходит обмен объемами до тех пор, пока в них не установятся одинаковые давления:

(3.2)

3. Химическое условие равновесия говорит о том, что между фазами происходит обмен i-м веществом до тех пор, пока не будет достигнуто равенство химических потенциалов в фазах:

(3.3)

Если в системе несколько веществ (компонентов), то для каждого из веществ в равновесии должно выполняться условие (3.3).

Между числом фаз в системе Ф и числом компонентов K в равновесии выполняется правило фаз Гиббса:

C = K - Ф + 2, (3.4)

где C - вариантность системы¹, под которой понимают минимальное число параметров, необходимых для полного описания состояния системы.

Если C = 1, систему называют моновариантной, если C = 2 - бивариантной и т. д. Вариантность системы указывает на число параметров системы, которые можно изменять, сохраняя при этом число и природу фаз.

В уравнении (3.4) не обязательно должна присутствовать цифра 2. Если температура или давление в системе заданы, то в (3.4) вместо двух фигурирует единица.

3.2. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ. СОСУЩЕСТВОВАНИЕ ФАЗ

Фазовым переходом называется переход вещества из одной фазы в другую, не сопровождающийся химическими превращениями. Фазовые переходы разделяют на фазовые переходы первого рода и фазовые переходы второго рода.