
- •Термодинамика
- •Часть II
- •Оглавление
- •Уравнение Клапейрона – Клаузиуса
- •Плавление
- •Испарение (сублимация)
- •Термодинамическое равновесие. Правило фаз Гиббса
- •Определение числа независимых компонентов (кн)
- •Определение степени свободы (с)
- •Классификация систем с точки зрения правила фаз Гиббса
- •Диаграмма состояния воды в области средних давлений
- •Двухкомпонентные системы
- •Системы с полной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии
- •Неизоморфные двухкомпонентные системы с простой эвтектикой
- •Треугольник Таммана
- •Неизоморфные двухкомпонентные системы, образующие устойчивое химическое соединение
- •Неизоморфныне двухкомпонентные системы, образующие два новых химических соединения
- •Неизоморфные двухкомпонентные системы, образующие неустойчивое химическое соединение
- •Изоморфные системы (системы с твердыми растворами)
- •Трехкомпонентные системы
- •Метод Гиббса
- •Метод Розебума
- •Термический анализ
- •План коллоквиума
- •Уравнение Шредера
- •Экспериментальная часть
- •Библиографический список
- •Колбасина Валентина Даниловна термодинамика
- •Часть II
Трехкомпонентные системы
Правила фаз Гиббса для трехкомпонентных систем (КН = 3), если на систему действуют два переменных фактора (давление и температура), выражаются уравнением:
Это означает, что
максимально могут существовать пять
равновесных фаз только при определенном
составе всех компонентов и конкретных
температуре и давлении (при этом система
будет безвариантной
).
При незначительном изменении одного
из параметров (температуры, давления
или состава) исчезает (как минимум) одна
из фаз. Тогда в системе останется четыре
фазы, и число степеней свободы будет
равно единице (
).
Максимальное число
степеней свободы в таких системах равно
четырем (,
),
т.е. независимыми параметрами могут
быть давление, температура, концентрации
двух компонентов, выраженных в мольных
долях. В этом случае полная диаграмма,
в которой четыре переменных (Р,
Т,
Х1,
Х2)
должна быть четырехмерной.
Если же рассматривать конденсированные трехкомпонентные системы (жидкие или твердые) при постоянном давлении (Р-const, то диаграмма такой системы представляется в виде трехмерной призмы, основанием которой служит равносторонний треугольник состава, а по высоте откладывается температура.
При Р-const
. (6)
Изучение равновесий в трехкомпонентной системе еще более упрощается при постоянных давлении и температуре (Р, Т-const).
Тогда
. (7)
Степень свободы
(или вариантов системы), рассчитанная
по уравнению (6) и (7), называется условной
(),
а система – условно инвариантной (
),
условно моновариантной (
)
и т.д.
Если рассматривать равновесие в таких системах при Р, Т-const, то диаграмма может быть представлена в виде равностороннего треугольника состава. В таком треугольнике точки, находящиеся на его сторонах, отвечают составам соответствующих бинарных систем, выраженных в долях (молярных или массовых).
Для удобства расчета состава системы по таким диаграммам стороны треугольника делят на 100 (или 10) частей и через точки деления проводят прямые, параллельные соответствующим сторонам.
Состав системы (соотношение между содержанием компонентов) можно определить двумя методами: метод Гиббса и метод Розебума. Оба метода приводят к одинаковым результатам.
Метод Гиббса
Соотношение между компонентами по методу Гиббса определяется на основании свойства равностороннего треугольника.
Сумма длин перпендикуляров, опущенных из любой точки внутри равностороннего треугольника на его стороны, равна его высоте, которая принимается за 1 или за 100%. |
Пример. Определить содержание веществ А, В и С в точке D (рис. 11).
Решение.
Из точки D опускаем перпендикуляр на стороны (DM, DN, DF). Замеряем их длину (определяем размеры).
DM = 37 мм,
DN = 30 мм,
DF = 20 мм.
Их общая длина равна длине высоты треугольника CE.
–принимаем за 100%.
Расчет.
1. Содержание компонента А определяется длиной перпендикуляра DM:
87 – 100%
37 – х %
в точке D содержится 42,5% компонента А.
Рис. 11. Определение состава трехкомпонентной системы
по методу Гиббса
2. Содержание компонента В определяется длиной перпендикуляра DN:
87 – 100%
30 – х %
в точке D содержится 34,5% компонента В.
3. Содержание компонента С определяется длиной перпендикуляра DF:
87 – 100%
20 – х %
в точке D содержится 23% компонента C.