Тема 8. Фазовые равновесия и переходы Оглавление

Тема 8. Фазовые равновесия и переходы 1

Оглавление 1

8.1.Основные понятия и определения. Структура темы 1

8.1.1.Структура темы 3

8.1.2.Химический потенциал 4

8.2.Диаграммы состояния 5

8.2.1.Число степеней свободы (правило фаз Гиббса) 5

8.2.2.Однокомпонентные системы 5

8.3.Диаграммы состояния двухкомпонентных систем. Термический анализ 8

8.3.1.Термический анализ 8

8.3.2.Диаграммы состояния двухкомпонентных систем при полной растворимости веществ в твердой фазе 9

8.3.3.Диаграммы состояния двухкомпонентных систем без образования области твердых расторов 10

8.3.4.Примеры диаграмм состояния двухкомпонентных систем 11

8.4.Конденсированное состояние вещества 13

8.4.1.Аморфные соединения 13

8.4.2.Кристаллы и их виды 13

8.4.3.Свойства кристаллов в зависимости от вида химических связей 14

Ковалентная связь 14

Ионная связь 14

Металлическая связь 14

Молекулярная связь 15

Водородная связь 15

1. Основные понятия и определения. Структура темы

Почти все ТДС, окружающие нас – гетерогенные. Да и мы сами такие же.

Вещество при изменении давления и температуры может переходить из одного агрегатного состояния в другое. Эти переходы, совершающиеся при постоянной температуре, называют фазовыми переходами первого рода. Количество теплоты, которое вещество получает из окружающей среды либо отдает окружающей среде при фазовом переходе, есть скрытая теплота фазового перехода λ_фп. Если рассматривается гетерогенная система, в которой нет химических взаимодействий, а возможны лишь фазовые переходы, то при постоянстве температуры и давления в системе существует т.н. фазовое равновесие. Фазовое равновесие характеризуется некоторым числом фаз, компонентов и числом степеней термодинамической свободы системы.

Гетерогенная система - неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделенных поверхностью раздела. Однородные части (фазы) могут отличаться друг от друга по составу и свойствам. Число веществ (компонентов), термодинамических фаз и степеней свободы связаны правилом фаз. Примерами гетерогенных систем могут служить: жидкость — насыщенный пар; насыщенный раствор с осадком; многие сплавы. Твердый катализатор в токе газа или жидкости тоже гетерогенная система (гетерогенный катализ).

Фаза – гомогенная часть гетерогенной системы, в которой все компоненты равномерно распределены друг относительно друга.

Компонент – химически однородная составная часть системы, которая может быть выделена из системы и существовать вне её. Число независимых компонентов системы равно числу компонентов минус число возможных химических реакций между ними.

Число степеней свободы – число параметров состояния системы, которые могут быть одновременно произвольно изменены в некоторых пределах без изменения числа и природы фаз в системе. 

Равновесие фаз - состояние, при котором фазы в термодинамической системе находятся в состоянии теплового, механического и химического равновесия (равновесие жидкости со своим насыщенным паром, равновесие воды и льда при температуре плавления).

Фазовые переходы (фазовые превращения) - переходы вещества из одной термодинамической фазы в другую, происходящие при изменении температуры, давления или под действием каких-либо других внешних факторов (например, магнитных или электрических полей).

Фазовые переходы бывают: 1-го рода (сопровождаются скачкообразным изменением плотности и энтропии вещества), 2-го рода (плотность и энтропия вещества меняются непрерывно в точке перехода, а теплоемкость, сжимаемость и другие подобные величины претерпевают скачок).