Методическое пособие к лабораторному практикуму по физической химии (Часть 1. Химическая термодинамика). Маршаков И.К - 65 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

65
ГЕТЕРОГЕННЫЕ РАВНОВЕСИЯ С УЧАСТИЕМ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ .
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ИЗ РАСТВОРОВ
Одной из задач термодинамики является описание фазовых равновесий и
свойств отдельных фаз. Для общего числа фаз любой системы не существует
каких-либо ограничений. Однако при равновесии число сосуществующих фаз
определяется правилом фаз Гиббса. Оно является следствием существования
системы уравнений, однозначно описывающих равновесие многофазной системы.
Согласно правилу фаз Гиббса:
f = К + 2 – n, (1)
где f - число степеней свободы (вариантность) системы, К – число компонентов, n
- число фаз.
В этом уравнении имеется К +2 переменных - это концентрации компонентов,
давление и температура.
Из правила фаз вытекает, что , например, в бинарной системе максимальное
число одновременно сосуществующих фаз равно четырем (например, газовая
фаза , твердая и жидкая). Если рассматриваются только конденсированные фазы
( например, при построении диаграмм плавкости ), собственное давление пара
считается малым, а внешнее – настолько большим, что даже его изменение не
влияет на температуры фазовых превращений. Поэтому в таких случаях
учитывается лишь один внешний параметр - температура, и правило фаз Гиббса
приобретает форму:
f = К + 1 – n. (2)
Работа 1
ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Каждая фаза двухкомпонентной системы может быть полностью
охарактеризована заданием трех переменных: температуры Т , давления Р и
молярной доли одного из компонентов – Х. Графическое изображение функции
f(Р,Т ,Х ) в трехмерной системе координат дает возможность построить полную
диаграмму состояния данной системы. Однако если система является
конденсированной, небольшие изменения давления мало сказываются на
равновесии, поэтому при исследовании таких систем при атмосферном давлении
обычно принимают, что Р = сonst. Число переменных уменьшается до двух.
Зависимость между ними изображается на плоскости в координатах Т – Х и также
представляет диаграмму состояния (диаграмма плавкости ). Фактически она
представляет собой сечение объемной диаграммы состояния плоскостью ,
перпендикулярной оси давления. К двумерной Т ,Х–диаграмме состояния правило
фаз Гиббса применяют в форме (2). 
                                                                                          65


        Г Е ТЕ Р О Г Е ННЫ Е Р А В НО В Е С И Я С У ЧА С ТИ Е М ТВ Е РД О Й ФА ЗЫ .
                       КРИ С ТА Л Л И ЗА Ц И Я И З Р А С ТВ О РО В

      Одно й из задач те рмо динамик и являе тся о писание фазо вых равно ве сий и
сво йств о тде льных фаз. Д ля о б щ е го числа фаз лю б о й систе мы не сущ е ствуе т
к ак их-либ о о граниче ний. Однак о при равно ве сии число со сущ е ствую щ их фаз
о пре де ляе тся правило м фаз Гиб б са. Оно являе тся сле дствие м сущ е ство вания
систе мы уравне ний, о дно значно о писываю щ их равно ве сие мно го фазно й систе мы.
Со гласно правилу фаз Гиб б са:
                                       f = К + 2 – n,                                (1)
где f - число сте пе не й сво б о ды (вариантно сть) систе мы, К – число к о мпо не нто в, n
- число фаз.
В это м уравне нии име е тсяК +2 пе ре ме нных - это к о нце нтрации к о мпо не нто в,
давле ние и те мпе ратура.
      И з правила фаз выте к ае т, что , наприме р, в б инарно й систе ме мак симально е
число о дно вре ме нно со сущ е ствую щ их фаз равно че тыре м (наприме р, газо вая
фаза, тве рдая и ж идк ая). Е сли рассматриваю тся то лько к о нде нсиро ванные фазы
(наприме р, при по стро е нии диаграмм плавк о сти), со б стве нно е давле ние пара
считае тся малым, а вне шне е – насто лько б о льшим, что даж е е го изме не ние не
влияе т на те мпе ратуры фазо вых пре вращ е ний. По это му в так их случаях
учитывае тся лишьо дин вне шний параме тр - те мпе ратура, и правило фаз Гиб б са
прио б ре тае тфо рму:
                                          f = К + 1 – n.                                    (2)


Р аб ота 1
     Д И А Г Р А М М Ы С О С ТО ЯНИ Я Д В У Х КО М П О НЕ НТНЫ Х С И С ТЕ М

О БЩ АЯ ХАР АК ТЕР И СТИ К А Р АБО ТЫ
      К аж дая фаза двухк о мпо не нтно й систе мы мо ж е т б ыть по лно стью
о харак те ризо вана задание м тре х пе ре ме нных: те мпе ратуры Т , давле ния Р и
мо лярно й до ли о дно го из к о мпо не нто в – Х . Графиче ск о е изо б раж е ние функ ции
f(Р,Т ,Х ) в тре хме рно й систе ме к о о рдинат дае т во змо ж но стьпо стро итьпо лную
диаграмму со сто яния данно й систе мы. Однак о е сли систе ма являе тся
к о нде нсиро ванно й, не б о льшие изме не ния давле ния мало ск азываю тся на
равно ве сии, по это му при иссле до вании так их систе м при атмо сфе рно м давле нии
о б ычно принимаю т, что Р = сonst. Число пе ре ме нных уме ньшае тся до двух.
З ависимо стьме ж ду ними изо б раж ае тсяна пло ск о сти в к о о рдинатах Т – Х и так ж е
пре дставляе т диаграмму со сто яния (диаграмма плавк о сти). Фак тиче ск и о на
пре дставляе т со б о й се че ние о б ъ е мно й диаграммы со сто яния пло ск о стью ,
пе рпе ндик улярно й о си давле ния. К двуме рно й Т ,Х – диаграмме со сто янияправило
фаз Гиб б са приме няю тв фо рме (2).

Страницы