1.5.2. Изобарно-изотермический процесс

Из уравнения (ж) при , получим:

.

Преобразуем:

.

В ведем обозначение

. (17)

Функция G обладает всеми свойствами термодинамической функции состояния и называется энергией Гиббса (изобарно-изотермическим потенциалом). Таким образом, получаем

, .

Знак < характеризует условие самопроизвольного протекания изобарно-изотер-мического процесса. Как видно, таким условием является убыль энергии Гиббса:

, .

Условием равновесия в системе является минимум энергии Гиббса:

, .

Запишем уравнение (17) последовательно для начального (1) и конечного (2) состояния системы при протекании какого-либо изобарно-изотермического процесса:

, .

Вычтем почленно из последнего уравнения предпоследнее. Получили уравнение Гиббса-Гельмгольца:

. (18)

Уравнение Гиббса-Гельмгольца дает возможность расчета в любом процессе и определения направления его протекания. Если процесс идет в прямом направлении, если то – в обратном. Если система находится в состоянии равновесия.

Применим для анализа обратимо протекающего изобарно-изотермического процесса уравнением (е), которое при указанных условиях примет вид:

,

. (19)

Как видно, энергия Гиббса в изобарно-изотермическом процессе является термодинамическим потенциалом, т.к. ее убыль равна максимальной работе процесса, а максимальная работа при этом обладает свойствами функции состояния.

2. Растворы и гетерогенные равновесия

2.1. Основные понятия и определения

Вещества, образующие термодинамическую систему, могут находиться в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком, твердом. Термодинамическую систему однородную по физическому строению и химическим свойствам во всех точках, называют гомогенной.

Термодинамическую систему, состоящую из различных по физическим или химическим свойствам частей, отделенных друг от друга поверхностями раздела, называют гетерогенной.

Любая гетерогенная система состоит из нескольких фаз. Фаза – это гомогенная часть гетерогенной системы, ограниченная поверхностью раздела. Системы делятся на одно–, двух–, трехфазные и т.д.

Каждая система состоит из одного или нескольких веществ, называемых компонентами. Числом независимых компонентов называют наименьшее число индивидуальных компонентов, необходимое для образования данной системы, которое равно общему числу индивидуальных веществ, входящих в данную систему, за вычетом числа уравнений, связывающих равновесные концентрации этих веществ. По числу компонентов различают одно–, двух–, трехкомпонентные и т.д. системы.

Любая система характеризуется внешними ( , , и т.д.) и внутренними (концентрационными) параметрами состояния.

Число независимых термодинамических параметров данной системы, произвольное изменение которых в определенных пределах не вызывает исчезновения одних и образование других фаз называют числом термодинамических степеней свободы или вариантностью системы. По числу термодинамических степеней свободы системы разделяются на инвариантные ( ), моновариантные ( ), дивариантные ( ) и т.д.