Головна |
Правило фаз Гіббса пов'язує кількість фаз в системі, що знаходиться в стані рівноваги чи в рівноважному процесі, з числом компонентів цієї системи.
Розглянемо систему, що складається з Ф фаз і К компонентів. При рівновазі температура і тиск всіх фаз однакові. Хімічний потенціал m ??кожного компонента має однакове значення у всіх фазах. Склад кожної фази визначається концентраціями (К-1) компонентів (тому що концентрацію останнього компонента можна знайти, враховуючи, що сума мольних часток всіх компонентів дорівнює одиниці). Склад Ф фаз визначиться Ф (К-1) концентраціями. З урахуванням температури і тиску общеечіслопеременних складе Ф (К-1) +2. Застосуємо відоме алгебраїчне правило: в системі рівнянь число незалежних змінних (тобто число ступенів свободи С) дорівнює різниці загального числа змінних і числа зв'язують їх рівнянь). Загальна кількість змінних ми знайшли. Число рівнянь, що пов'язують ці змінні, визначимо з умов рівноваги в гетерогенних системах, а саме: з рівності хімічних потенціалів будь-якого компонента в кожній з фаз, що співіснують. Запишемо ці рівності для "К" компонентів, позначаючи верхнім індексом номер фази, а нижнім - компонента:
m11= m12; m12= m13; ... m1Ф-1= m1Ф
m21= m22; m22= m23; ... m2Ф-1= m2Ф
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
mк1= mк2; mк2= mк3; ... mкФ-1= mкФ
Очевидно, що для кожного компонента є (Ф-1) рівнянь, а для всіх До компонентів К (Ф-1) рівнянь.
Тоді число ступенів свободи
З = Ф (К-1) +2 - К (Ф-1) або
С = К-Ф + 2 (4.2)
Це рівняння виражає основний закон фазового рівноваги, або правило фаз Гіббса (1867 г.): число ступенів свободи рівноважної гетерогенної системи, на яку впливають тільки Т і Р, дорівнює числу компонентів мінус число фаз плюс 2.
Якщо на рівновагу в системі крім Т і Р впливають інші чинники (магнітні, електричні або гравітаційні поля, наприклад), то в рівнянні (4.2) число зовнішніх факторів буде не 2, а 3 або, в загальному випадку, n:
С = К-Ф + n (4.3)
Якщо гетерогенна система складається тільки з конденсованих фаз, то тиск, як правило, не впливає на стан гетерогенного рівноваги в системі в широких межах (до тисяч атм), і число зовнішніх параметрів n = 1 (температура).
Тоді правило фаз має вигляд:
С = К-Ф + 1 (4.4)
За кількістю фаз, компонентів і варіантності гетерогенні системи класифікують наступним чином: однофазні, двофазні, трифазні, багатофазні; одно-, двох-, трьох- і багатокомпонентні; ін-(або нон) варіантні (С = 0), моно-, бі- і поліваріантні.
Вплив тиску на ентропію. Гіпотеза Капустинського про стан речовини в глибинних зонах Землі | термодинамічні потенціали | Вільна енергія Гіббса і закономірності появи самородних елементів | Характеристичні функції. Рівняння Гіббса-Гельмгольца | Хімічний потенціал. активність | Рівняння ізотерми хімічної реакції. Константа хімічної рівноваги | Рівняння ізотерми і напрям хімічної реакції. Принцип зсуву рівноваги Ле Шательє - Брауна | Вплив температури на хімічну рівновагу. Рівняння ізобари та ізохори хімічної реакції | Рівняння (3.33) є рівнянням ізобари хімічної реакції в інтегральної формі. | Хімічна рівновага гетерогенних хімічних реакцій |