Краткий итог темы

1. Каждая фаза является гомогенной (однородной) системой. Если существует несколько фаз, находящихся в термодинамическом равновесии, система становится гетерогенной (неоднородной). Внешним признаком гетерогенной системы является наличие поверхности раздела фаз. Под фазой подразумевается гомогенная часть равновесной гетерогенной системы, характеризующаяся одинаковыми физическими и химическими свойствами во всех ее частях.

2. В зависимости от числа фаз (), которые находятся в термодинамическом равновесии, и числа компонентов (К) гетерогенной системы, число степеней свободы (f), т.е. число переменных, которое можно изменять, не изменяя число фаз, вычисляется в соответствии с правилом фаз Гиббса по уравнению:

f = К   + 2,

если переменными являются давление р и температура Т,

или по уравнению:

f = К   + 1

если переменными являются р, с₁, с₂ или Т, с₁, с₂.

3. Для любой однокомпонентной системы (К=1) максимальное число фаз – три: твердая, жидкая и газообразная. В этих системах фазы обладают одинаковыми химическими свойствами, но различаются физическими свойствами.

4. Фазовая диаграмма позволяет представить в графической форме фазовые равновесия для однокомпонентных систем: твердое тело ⇄ жидкость, жидкость ⇄ пар, твердое тело ⇄ пар, как функцию температуры и давления. Она базируется на приложении правила фаз.

5. Зависимость давления пара от температуры описывается уравнением Клаузиуса – Клапейрона.

р = А е^-Н/RT,

где р – равновесное давление пара над жидким или твердым индивидуальным соединением; А – постоянный множитель, зависящий от природы соединения; Т – температура, отвечающая состоянию равновесия; H – энтальпия фазового перехода (H_исп. или H_возг.).

Термины для запоминания

Компонент – вещество, входящее в состав системы, которое может быть выделено и способно существовать вне ее в качестве индивидуального соединения.

Фаза – гомогенная часть равновесной гетерогенной системы, характеризующаяся одинаковыми физическими и химическими свойствами во всех ее частях.

Фазовая диаграмма для однокомпонентной системы представляет графическую форму фазового равновесия твердое тело – жидкость – пар.

Фазовые равновесия – сосуществование термодинамически равновесных фаз, образующих гетерогенную систему.

Число степеней свободы (f) указывает количество переменных, изменение которых не приведет к изменению числа фаз системы.

Эвтектической смесью или жидкой эвтектикой называются расплавы, находящиеся в равновесии с кристаллами обоих компонентов, а температура ее кристаллизации  эвтектической точкой.

Вопросы для проверки знаний

1. Какое максимально возможное число фаз существует в однокомпонентной системе?

2. Чему равно число степеней свободы (f) для однокомпонентной трехфазной системы?

3. Сколько компонентов входит в состав водного раствора, содержащего ионы Са²⁺ и Cl^?

4. Различается ли внутренняя энергия единицы массы жидкости и пара в равновесной системе жидкость – пар при p,T = const?

5. Один моль жидкой воды превращается в пар при воздействии внешнего источника энергии (нагревателя). Какая энергия (кинетическая или потенциальная) возрастает при фазовом превращении?

6. Почему в зимнее время года при понижении температуры на ветвях деревьев и проводах электропередачи появляется иней (кристаллы льда)?

7. Высохнет ли белье, вывешенное на воздухе при 30-градусном морозе?

8. Почему на поверхности соленой морской воды Северного Ледовитого океана формируется пресный лед?

9. Почему в зимнее время года лед на дорогах плавится, если его посыпать солью?

10. Какую опасность представляет неконтролируемое нагревание воды в паровом котле?

11. Какие виды топлива используются на тепловых электростанциях?