6. Фазалық тепе-теңдік жағдайлары

Фаза деп - заттың термодинамикалық тепе-теңдіктегі физикалық қасиеті жағынан сол заттың басқа мүмкін барлық тепе-теңдік жағд-дағы күйінен өзгеше күйін айтады. Заттың бір фазадан екіншісіне өтуі - фазалық өту, барлық уақытта заттың сапалық өзгерісімен байн-ты. Бірінші текті фазалық өту - жылудың жұтылуы немесе энергияның бөлінуі арқылы өтеді. Ол темп-ның тұрақтылығымен энтропия мен көлемнің өзгерісімен сипатталады. Екінші текті фазалық өту - өту, жұтылу, жылу бөліну және көлемнің өзгеруімен байланыссыз өтеді.

Фазалық тепе-теңдік және фазалық ауысу жағдайларын сипаттау үшін Гиббс енгізген термодинамикалық потенциал ұғымы кеңінен қолданылады. Термодинамикалық потенциал - термодинамиканың бірінші және екінші бастамаларынан туындайтын функ-ның маңызды сипаттамаларының бірі болып табылады. Оның анықтамасын келтіреміз. Ол үшін терм-ң бірінші бастамасын қолданамыз:

dQ = dU + Apdv. Мұндағы Q- жүйеге байланысқан жылу мөлшері. U- ішкі энергия. Apdv- қысымның сыртқы күшіне түсетін қарама-қарсы жұмыс.

dQ ды d = қатынасын қолдана отырып, энтропия арқылы белгілейміз.

dU = Td + Apdv 0. Мұнда теңдік таңбасы қайтымды процестерге, теңсіздік белгісі қайтымсыз процестерге қолданылады.

Егер процесс изотермиялық және тұрақты қысым жағдайында болса, онда екінші теңдеуді қандай да бір S функ-ның толық дифференциалы ретінде қарастыруымызға болады.

dS = d[ U-T + Apdv

S = U- T + Apdv - термодинамикалық потенциал деп аталады.

Термодинамикада дәлелденгендей, барлық қайтымсыз процестер кезінде - термодинамикалық потенциалдың азаюы байқалады. dS 0.

Ол тек тұйықталған жүйеде қозғалмалы тепе-теңдік басталып, жекелеген пунктуациялар қайтымды сипатта болған жағд-да ғана тұрақты болып қалады.

dS = 0.

Егер қайтымсыз барлық мүмкін процестерде терм-қ потенциал азайса, онда фазалар теңескен кезде өзінің максимумына жетеді. Ал бұл T және P параметрлерінің берілген мәнднрінде фазалардың теңесуіне қажетті шарт болып табылады. Бір компонентті жүйелер үшін фазалардың теңесуі кезінде олардың өзіндік терм-қ потенциалы тең болулары керек. Егер потенциалдар тең болмаса, онда фазалардың арасындағы тепе-теңдік бұзылады, ал бұл жағдайда жүйе жалпы терм-қ потенциалдың азаюына ұмтылатын болғандықтан, онда үлкен потенциалды фаза, кіші пот-ы фазаға ауысады. Бұл арақатынасты сұйықтық пен буының арасындағы тепе-теңдік орнайтын жағдайды түсіндіру үщін қолданады. Демек, бу мен сұйықтық арасындағы изотермиялық тепе-теңдік тек сол темп-ға қатысты белгілі бір қысым жағдайында ғана басталады. Сұйық және газ тәрізді фазалардың теңесуі үшін қажетті бұл қысым әдетте Е деп белг-і.

7. Фазалардың тепе-теңдігі туралы түсінік.

Фаза деп - заттың термодинамикалық тепе-теңдіктегі физикалық қасиеті жағынан сол заттың басқа мүмкін барлық тепе-теңдік жағд-дағы күйінен өзгеше күйін айтады. Заттың бір фазадан екіншісіне өтуі - фазалық өту, барлық уақытта заттың сапалық өзгерісімен байн-ты. Бірінші текті фазалық өту - жылудың жұтылуы немесе энергияның бөлінуі арқылы өтеді. Ол темп-ның тұрақтылығымен энтропия мен көлемнің өзгерісімен сипатталады. Екінші текті фазалық өту - өту, жұтылу, жылу бөліну жәе көлемнің өзгеруімен байланыссыз өтеді. Ол көлем мен энтропияның тұрақтылығымен, бірақ жылусыйымдылықтың секірмелі түрде өзгеруімен сипатталады. Егер жүйе бір компонетті болса, онда фаза түсінігі агрегаттық күй түсінігімен дәль келеді. Ал компонетті жүйелер үшін бұл ұғым күрделі болып келеді. Құрамына бірнеше фазалар кіретін әрбір жүйеде моль-қ алмасу нәт-сінде заттың бір фазадан басқа фазаға өтуі әрдайым байқалады. Бірақ, бұл процестер кезінде бірқатар орныққан күй басталады да, ішкі фазалық ауысулар тоқталады, және жүйеде фазалар арасында тепе-теңдік орнайды.

Мағынасы жағынан мұндай тепе-теңдік қозғалмалы және дин-қ сипатта болып келеді. Ол тек бұл жағд-да моль-ң бір фазадан екіншісіне басымдылықпен өтуі болмайды,и озара мольқ алмасу теңеледі. Фазалық тепе-теңдікке келген жүйе мұндай жағд-да ортаның сыртқы жағдайлары тұрақты болып қалғанға дейін себепсіз өзгерусіз қала береді.

Фазалық тепе-теңдік және фазалық ауысу жағдайларын сипаттау үшін Гиббс енгізген термодинамикалық потенциал ұғымы кеңінен қолданылады. Термодинамикалық потенциал - термодинамиканың бірінші және екінші бастамаларынан туындайтын функ-ның маңызды сипаттамаларының бірі болып табылады. Оның анықтамасын келтіреміз. Ол үшін терм-ң бірінші бастамасын қолданамыз:

dQ = dU + Apdv. Мұндағы Q- жүйеге байланысқан жылу мөлшері. U- ішкі энергия. Apdv- қысымның сыртқы күшіне түсетін қарама-қарсы жұмыс.

dQ ды d = қатынасын қолдана отырып, энтропия арқылы белгілейміз.

dU = Td + Apdv 0. Мұнда теңдік таңбасы қайтымды процестерге, теңсіздік белгісі қайтымсыз процестерге қолданылады.

Егер процесс изотермиялық және тұрақты қысым жағдайында болса, онда екінші теңдеуді қандай да бір S функ-ның толық дифференциалы ретінде қарастыруымызға болады.

dS = d[ U-T + Apdv

S = U- T + Apdv - термодинамикалық потенциал деп аталады.

Термодинамикада дәлелденгендей, барлық қайтымсыз процестер кезінде - термодинамикалық потенциалдың азаюы байқалады. dS 0.

Ол тек тұйықталған жүйеде қозғалмалы тепе-теңдік басталып, жекелеген пунктуациялар қайтымды сипатта болған жағд-да ғана тұрақты болып қалады.

dS = 0.

Егер қайтымсыз барлық мүмкін процестерде терм-қ потенциал азайса, онда фазалар теңескен кезде өзінің максимумына жетеді. Ал бұл T және P параметрлерінің берілген мәнднрінде фазалардың теңесуіне қажетті шарт болып табылады. Бір компонентті жүйелер үшін фазалардың теңесуі кезінде олардың өзіндік терм-қ потенциалы тең болулары керек. Егер потенциалдар тең болмаса, онда фазалардың арасындағы тепе-теңдік бұзылады, ал бұл жағдайда жүйе жалпы терм-қ потенциалдың азаюына ұмтылатын болғандықтан, онда үлкен потенциалды фаза, кіші пот-ы фазаға ауысады. Бұл арақатынасты сұйықтық пен буының арасындағы тепе-теңдік орнайтын жағдайды түсіндіру үщін қолданады.

Бұл кезде жоғарыда келтірілгендей екі фазаның да терм-қ потенциалы тең болуы керек.

= немесе d = d

Изотермиялық процесс кезінде dS = d[ U-T + Apdv мына теңдеуден келесіні аламыз: dS = Avdp

Сондықтан A dp= A dp немесе А( - )dP = 0

Демек, бу мен сұйықтық арасындағы изотермиялық тепе-теңдік тек сол темп-ға қатысты белгілі бір қысым жағдайында ғана басталады. Сұйық және газ тәрізді фазалардың теңесуі үшін қажетті бұл қысым әдетте Е деп белг-і.