История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Топ:
Оценка эффективности инструментов коммуникационной политики: Внешние коммуникации - обмен информацией между организацией и её внешней средой...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Интересное:
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Лечение прогрессирующих форм рака: Одним из наиболее важных достижений экспериментальной химиотерапии опухолей, начатой в 60-х и реализованной в 70-х годах, является...
Как мы говорим и как мы слушаем: общение можно сравнить с огромным зонтиком, под которым скрыто все...
Дисциплины:
2017-11-17 | 290 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Глава 3
Фазовые равновесия. Фазовые превращения. Однокомпонентные системы.
Введение. Основные понятия.
Фаза – это часть системы, одинаковая во всех точках по химическому составу и физическим свойствам и отделённая от других гомогенных частей системы поверхностями раздела.
Поскольку газы полностью смешиваются друг с другом, в системе может быть только одна газовая фаза, но много твердых и несколько жидких фаз.
Для каждой фазы чистого вещества связь между P,V и T выражается уравнением состояния.
Сочетание фаз в случае чистых веществ разнообразны, но их можно предсказывать и систематизировать с помощью термодинамики.
Термодинамика даёт правило фаз и уравнение Клапейрона для фазовых переходов чистого вещества. Термодинамика не отвечает на вопрос, при какой температуре будет происходить тот или иной переход.
Критерий обратимости и необратимости полиморфных превращений.
Если эта Т1 лежит выше ТП перехода кристаллических модификаций, то их превращения являются энантиотропными.
Действительно, T1>T2>TП (см. рисунок).
Ниже T<TП устойчива сера ромбическая, при Т>ТП устойчива сера моноклинная.
Если точка пересечения кривой давления насыщенных паров кристаллических модификаций лежит ниже их T перехода, то он будет монотропен.
Примером являются модификации фосфора.
Белый PI и белый PII могут энантиотропно переходить один в другой, но обе эти модификации монотропно переходят в фиолетовый фосфор.
Правило фаз
В 1876 году Гиббс вывел простую формулу, связывающую число фаз, находящихся в равновесии, число компонентов и число независимых интенсивных переменных, необходимых для полного описания состояния системы.
|
Определение:
с -число компонентов в системе - это наименьшее число веществ, с помощью которых можно описать состав любой фазы системы в отдельности, Sопт=с.
S – число веществ, совокупность которых образует систему.
Всегда с<S, т.к. концентрации различных веществ при равновесии могут быть связаны определёнными соотношениями, => нет необходимости использовать для описания системы концентрации всех S веществ.
Существует два типа связи: уравнение химического равновесия и начальные условия.
Для любой отдельной химической реакции число независимых концентраций при равновесии уменьшается на единицу.
Например:
H2O=H2+1/2O2
Пусть молекулярный водород и молекулярный кислород, находящиеся в равновесии с водой, тогда существует не больше двух независимых компонента (H2O и O2; H2O и H2; H2 и O2), т.к.концентрация третьего компонента определяется константой равновесия:
P=CRT
Pi – парциальные давления различных газов; Ci – число молей газа в литре.
Если указаны нормальные условия, то число компонентов уменьшается ещё на один, т.е. до единицы.
Например, если H2 и O2 образуются только из воды, то существует дополнительное уравнение:
Число компонентов выражается:
C=S-n-m,
Где S-число веществ; n – число независимых химических реакций; m – число соотношений между концентрациями, определённых нормальными условиями.
Выбор компонентов произволен, но число их является важной характеристикой системы.
Определение:
Число степеней свободы – наименьшее число независимых переменных (P,T, концентраций веществ во всех фазах), которые необходимо задать, чтобы полностью описать состояние системы.
Пример:
Пусть количество газа фиксировано, как видели ранее, для описания его состояния необходимо определить только две переменные (T и P; P и V; V и T). Третью компоненту можно рассчитать из уравнения состояния f(P,V)=θ. Таким образом чистый газ имеет две степени свободы.
Рассмотрим равновесную систему из p-фаз:
|
P-число различных типов фаз (в тройной точке воды – 3 фазы).
Видели:
Если фаза содержит «с» компонентов, то её состав можно описать с помощью с -1 концентраций. Концентрацию одного любого компонента можно найти из соотношения
Где xi – мольная доля i компонента.
Следовательно, общее число концентраций, которое характеризует систему равно (с -1) для каждой из p фаз, т.е. всего (с -1) p.
Кроме того, нужно ещё рассмотреть T и P и поэтому общее число независимых переменных (T + P)= (с -1) p +2.
Понятно, что учитывать T,P для каждой фазы в отдельности не нужно, т.к. фазы находятся в равновесии.
Если один из параметров поддерживается постоянным, то число независимых переменных (с -1) p +1
Если система находится в поле воздействия сил магнитного поля, то число независимых переменных (с -1) p +3
Рассмотрим условия равновесия:
Мы знаем, что в этих условиях должны выполняться определённые соотношения.
Например:
μ всех компонент во всех фазах один и тот же.
Число фаз: (α,β,γ…)=p
Для любого компонента количество равновесных состояний p-1.
Например, при наличии двух фаз существует лишь одно равновесное состояние для любого компонента.
Если число компонентов с, каждый из которых равновесно распределён между фазами, то общее количество равновесных состояний c (p -1).
Тогда:
число степеней свободы = общее число переменных – общее количество равновесных состояний между этими переменными.
Другими словами
v - дополнительное число переменных, которые должны быть заданы для полного определения состояния системы.
Для систем, с которыми мы имеем дело переменными являются T, P, концентрация:
v=[p(c-1)+2]-c(p-1),
с - число компонентов,
p - число фаз (все фазы находятся в равновесии).
v=c-p+2 - Правило фаз Гиббса
(3.3)
Выводы:
Чем больше компонентов в системе, тем больше степеней свободы.
Чем больше фаз, тем меньше переменных (T, P, концентрация) необходимо определить для полного описания системы.
Для каждого числа компонентов число фаз максимально, когда v=0 (система называется инвариантной).
Для однокомпонентной системы максимальное число фаз p: при равновесии p=c-v+2=1+0+2=3.
[Пример - тройная точка воды существует при единственном сочетании T=0,010C и P=4,58 мм.рт.ст]
Првило фаз для однокомпонентной системы:
v=3-p
(3.3)
Таблица
p | v | Название системы | Переменные |
бивариантна | Одна фаза, например, водяной пар, то нужно определить T и P | ||
моновариантна | 2 фазы: водяной пар в равновесии с жидкой водой. Необходимо определить либо Т, либо P, т.к. для данной T существует только одно равновесное P и наоборот. | ||
инвариантна | Сосуществование трёх фаз возможно при единственном сочетании T и P |
|
Глава 3
Фазовые равновесия. Фазовые превращения. Однокомпонентные системы.
Введение. Основные понятия.
Фаза – это часть системы, одинаковая во всех точках по химическому составу и физическим свойствам и отделённая от других гомогенных частей системы поверхностями раздела.
Поскольку газы полностью смешиваются друг с другом, в системе может быть только одна газовая фаза, но много твердых и несколько жидких фаз.
Для каждой фазы чистого вещества связь между P,V и T выражается уравнением состояния.
Сочетание фаз в случае чистых веществ разнообразны, но их можно предсказывать и систематизировать с помощью термодинамики.
Термодинамика даёт правило фаз и уравнение Клапейрона для фазовых переходов чистого вещества. Термодинамика не отвечает на вопрос, при какой температуре будет происходить тот или иной переход.
|
|
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...
Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!