vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

17. Абсорбция – это физико-химический процесс поглощения веществ из раствора или смеси газов твердыми телами или жидкостями с образованием растворов.

При Абсорбции поглощение веществ происходит во всем объеме поглотителя. Абсорбция широко применяется в технике, главным образом при разделе газообразных смесей на составные части путем растворения одного или нескольких компонентов этой смеси в жидкости, которая называется абсорбентом.

Физическая сущность процесса Абсорбции объясняется так называемой пленочной теорией. Согласно этой теории, при соприкосновении жидкости и газообразных веществ, на поверхности раздела обеих фаз образуются жидкостная и газовая пленки. Растворимый в жидкости компонент газообразной смеси проникает путем диффузии сначала сквозь газовую пленку, а затем и сквозь жидкостную и поступает во внутренние слои абсорбента.

Для осуществления диффузии необходимо, чтобы концентрация растворенного компонента в газообразной смеси превосходила его равновесную концентрацию над жидкостью.

Если концентрация растворимого компонента в газообразной смеси меньше его равновесной концентрации над жидкостью, диффузия происходит в обратном направлении. В этом случае вместо поглощения растворенного компонента наблюдается его выделение из раствора в газообразном состоянии. Такой процесс называется десорбцией и применяется в технике для извлечения поглощенных веществ из абсорбента.

18. Равновесие фаз

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Равнове́сие фаз в термодинамике — состояние, при котором фазы в термодинамической системе находятся в состоянии теплового,механического и химического равновесия.

Типы фазовых равновесий:

Тепловое равновесие означает, что все фазы вещества в системе имеют одинаковую температуру.

Механическое равновесие означает равенство давлений по разные стороны границы раздела соприкасающихся фаз. Строго говоря, в реальных системах эти давления равны лишь приближенно, разность давлений создается поверхностным натяжением.

Химическое равновесие выражается в равенстве химических потенциалов всех фаз вещества.

Условие равновесия фаз

Рассмотрим химически однородную систему (состоящую из частиц одного типа). Пусть в этой системе имеется граница раздела между фазами 1 и 2. Как было указано выше, для равновесия фаз требуется равенство температур и давлений на границе раздела фаз. Известно (см. статью Термодинамические потенциалы), что состояние термодинамического равновесия в системе с постоянными температурой и давлением соответствует точке минимума потенциала Гиббса.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Потенциал Гиббса такой системы будет равен

,

где и — химические потенциалы, а и — числа частиц в первой и второй фазах соответственно.

При этом сумма (полное число частиц в системе) меняться не может, поэтому можно записать

Предположим, что , для определенности, . Тогда, очевидно, минимум потенциала Гиббса достигается при (все вещество перешло в первую фазу).

Таким образом, равновесие фаз возможно только в том случае, когда химические потенциалы этих фаз по разные стороны границы раздела равны:

.

Уравнение Клапейрона — Клаузиуса

Основная статья: Уравнение Клапейрона — Клаузиуса

Из условия равновесия фаз можно получить зависимость давления в равновесной системе от температуры. Если говорить о равновесии жидкость — пар, то под давлением понимают давление насыщенных паров, а зависимость называется кривой испарения.

Из условия равенства химических потенциалов следует условие равенства удельных термодинамических потенциалов:

,

где , — потенциал Гиббса i-й фазы, — её масса. Отсюда:

,

азначит,

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

,

где и — удельные объем и энтропия фаз. Отсюда следует, что

,

и окончательно

,

где — удельная теплота фазового перехода (например, удельная теплота плавления или удельная теплота испарения).

Последнее уравнение называется уравнением Клапейрона — Клаузиуса.

Правило фаз Гиббса

Рассмотрим теперь систему, вообще говоря, химически неоднородную (состоящую из нескольких веществ). Пусть — число компонентов (веществ) в системе, а — число фаз. Условие равновесия фаз для такой системы можно записать в виде системы из уравнений:

Здесь — химический потенциал для i-го компонента в j-й фазе. Он однозначно определяется давлением, температурой и концентрацией каждого компонента в фазе. Концентрации компонетнов не независимы (их сумма равна 1). Поэтому рассматриваемая система уравнений содержит неизвестных ( — концентрации компонентов в фазах, плюс температура и давление).

Система разрешима, вообще говоря, если число уравнений не превышает числа неизвестных (система, не удовлетворяющая этому условию, также может быть разрешима, однако это исключительный случай, с которым в физике можно не считаться). Поэтому

,

отсюда