ГЛАВА 4. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ

Основные понятия и определения

Гетерогенной называется система, состоящая из нескольких фаз.

Фазой называется совокупность гомогенных частей системы, одинаковых по составу, химическим и физическим свойствам и ограниченных от других частей поверхностью раздела. Например, смесь двух кристаллических веществ, различающихся по химическому составу или представляющих собой две полиморфные модификации вещества одного химического состава, является гетерогенной двухфазной системой. Или, например, кристаллы вещества, находящиеся в равновесии с насыщенным водным раствором этого же вещества.

По числу фаз системы делят на однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные. Жидкие и твердые фазы называются конденсированными. Равновесие в системе, состоящей из нескольких фаз, называется фазовым, или гетерогенным, равновесием.

Составляющие вещества системы – это вещества, которые можно выделить из системы в индивидуальном виде. Например, нитрат калия KNO3 в воде существует в виде ионов K+ и NO3-. Однако, составными частями системы являются KNO3 и H2O, т.к. ионы не могут существовать отдельно, не могут быть выделены в чистом виде вне системы.

Числом компонентов в системе называется наименьшее число составляющих веществ, с помощью которых можно охарактеризовать как состав каждой фазы, так и состав системы в целом.

Термодинамические системы можно условно разделить на физические и химические. В физических системах происходят фазовые превращения, в химических – химические реакции.

Число компонентов в физических системах равно числу составляющих веществ. В химических системах число компонентов меньше количества составляющих веществ на число уравнений, описывающих химические реакции, протекающие между веществами в данной системе. Рассмотрим в качестве примера способ выбора компонентов в процессе образования оксида меди CuO. В этом процессе участвуют три химических вещества: оксид меди CuO, медь Cu и кислород атмосферы O2. Выделим их в виде самостоятельной термодинамической системы, в которой протекает реакция:

2Cu + O2 = 2CuO (4.1)

Для полного описания состава этой системы достаточно двух веществ, т.к. третье связано с ними уравнением химической реакции (4.1). При этом в качестве пары компонентов могут быть выбраны: Cu и O2; Cu и CuO или CuO и O2.

Числом термодинамических степеней свободы “С” или вариантностью системы называется наименьшее число независимых термодинамических параметров состояния системы (Р, V, Т, x, y…), произвольное изменение которых в определенных пределах не вызывает изменения числа сосуществующих фаз или их природы.