Багатоваріантна система.

По класифікації систем їх прийнято розділяти по числу фаз (однофазні, двохфазні і т.д), по числу компонентів системи (однокомпонентні, двохкомпонентні і т.д), і по числу ступенів вільності (інваріантні, моноваріантні, диваріантні і т.д.).

В однокомпонентній гетерогенній системі фази складаються із однієї речовини. Виходячи із правила фаз, при К=1 і при умовах одночасної зміни двох параметрів (Р і Т) число ступенів вільності системи дорівнює:

С = 3 – Ф

Для трьохфазної однокомпонентної системи число ступенів вільності:

С = 1-3+2= 0

Негативне значення С мати не може, тоді максимальне число рівноважних фаз в однокомпонентній системі не може бути більше трьох. Для однофазної однокомпонентної системи число ступенів вільності буде дорівнювати двом. Що значить, що тут можливо змінювати без порушення рівноваги два параметра – температуру і тиск. Якщо ж число фаз стане дорівнювати двум, то число ступенів вільності буде дорівнювати одиниці і вільно може буде змінюватися лише один параметр (або температура, або тиск) без порушення рівноваги. Відповідно при наявності трьох фаз число ступенів вільності стане дорівнювати нулю і тоді рівновага буде характеризуватися чітко визначеним, зафіксованим значенням тиску і температури.

Завдання для виконання самостійної роботи.

1. Поняття про фазові переходи.

2. Що називають конденсацією?

3. Що називають сублімацією?

4. Що називають десублімацією?

5. Загальні умови фазової рівноваги.

6. Що називають фазою?

7. Що називають компонентом?

8. Що називається числом степенів вільності?

9. З яких компонентів складається гетерогенна система?

10. Рівняння Гіббса.

11. Чим відрізняється гомогенна система від гетерогенної?

12. В якій промисловості застосовують правило фаз?

13. Характеристика багатокомпонентної системи.

Самостійна робота № 6

Тема: Процес сольватація та гідратації, енергетика утворення розчинів.

Стислі теоретичні відомості

Розчинність твердих речовин в рідинах визначається природою розчинника і розчиненої речовини, а також температурою. При розчиненні твердої речовини і рідині досягається концентрація, при якій тверда речовина дальше перестає розчинятися і встановляється рівновага між розчином і твердою речовиною. Такий розчин називається насиченим. Концентрація насиченого розчину будь-якої речовини при певній температурі постійна і характеризує розчинність цієї речовини.

При певних умовах можливо отримати розчини, концентрація яких вище концентрації насиченого розчину. Такі розчини називаються перенасиченими. Вони дуже не стійкі і при перемішуванні, струшуванні або попаданні в них твердих частинок розділяються на осадок розчиненої речовини і насичений розчин.

Розчинення твердих речовин відбувається поглинанням або виділенням теплоти, які звичайно відносять до одного молю розчиненої речовини. Різність в знаках теплового ефекту розчинення можливо пояснити тим, що при розчиненні твердих речовин в рідинах одночасно відбуваються два процеси – взаємодія молекул розчинника з молекулами або іонами твердої речовини (сольватація або при розчиненні в воді – гідратація) і руйнування твердої речовини з розміщенням її по всьому об’єму розчину. При сольватації енергія виділяється (Н₁ 0), а на руйнування твердої речовини енергія затрачується (Н₂  0). Сумарний тепловий ефект залежить від абсолютних значень Н₁ і Н₂ і може бути як позитивним, так і негативним.

При розчиненні в воді, наприклад хлориду калію з дуже міцною кристалічною решіткою, іони калію і хлорид-іони гідратуються і енергія Н₁, яка виділяється при цьому, компенсує більшу частину енергії Н₂, яка необхідна для руйнування кристалічної решітки. Відповідно, по абсолютному значенню Н₂ більше, як Н₁ і при розчиненні хлориду калію в воді теплота буде поглинатися з навколишнього середовища, процес ендотермічний. Процес розчинення в воді хлориду натрію практично не має теплового ефекту, так як енергія гідратації практично дорівнює енергії руйнування кристала. Розчинення кристалічного CuCI₂2H₂O відбувається виділенням теплоти, процес екзотермічний, так як енергія гідратації значно перевищує енергію руйнування твердого тіла.

Знак теплового ефекту визначає і вплив температури на розчинність. Процес розчинення більшості твердих речовин ендотермічний і з підвищенням температури розчинність збільшується. Для деяких речовин з підвищенням температури розчинність зменшується, оскільки процес їх розчинення екзотермічний.