Echilibrul de faze

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 22 martie 2021; verificarea necesită 1 editare .

Echilibrul fazelor în termodinamică este o stare în care fazele dintr-un sistem termodinamic sunt într-o stare de echilibru termic , mecanic și chimic .

Tipuri de echilibre de fază:

Echilibrul termic înseamnă că toate fazele unei substanțe dintr-un sistem au aceeași temperatură .

Echilibrul mecanic înseamnă egalitatea presiunilor pe părțile opuse ale interfeței dintre fazele de contact. Strict vorbind, în sistemele reale aceste presiuni sunt doar aproximativ egale, diferența de presiune este creată de tensiunea superficială .

Echilibrul chimic este exprimat în egalitatea potențialelor chimice ale tuturor fazelor unei substanțe.

Condiție de echilibru de fază

Luați în considerare un sistem omogen din punct de vedere chimic (format din particule de același tip). Fie ca acest sistem să aibă o interfață între fazele 1 și 2. După cum sa menționat mai sus, echilibrul de fază necesită egalitate de temperaturi și presiuni la interfață. Se știe (vezi articolul Potențiale termodinamice ) că starea de echilibru termodinamic într-un sistem cu temperatură și presiune constante corespunde punctului minim al potențialului Gibbs .

Potențialul Gibbs al unui astfel de sistem va fi egal cu

$G=\mu _{1}N_{1}+\mu _{2}N_{2)$ ,

unde și sunt potențialele chimice și și sunt numărul de particule din prima și, respectiv, a doua fază. $\mu_{1}$ $\mu_{2}$ $N_1$ $N_2$

În acest caz, suma (numărul total de particule din sistem) nu se poate modifica, așa că putem scrie $N=N_{1}+N_{2}$

$G=\mu _{1}N_{1}+\mu _{2}(N-N_{1})=\mu _{2}N+(\mu _{1}-\mu _{ 2})N_{1}$ .

Să presupunem că , pentru certitudine, . Apoi, evident, minimul potențialului Gibbs este atins la (toată materia a trecut în prima fază). $\mu _{1}\neq \mu _{2)$ $\mu _{1}<\mu _{2)$ $N_{1}=N$

Astfel, echilibrul de fază este posibil numai atunci când potențialele chimice ale acestor faze de pe părțile opuse ale interfeței sunt egale:

$\mu _{1}=\mu _{2}$ .

Ecuația Clausius-Clapeyron

Din starea echilibrului de fază, se poate obține dependența presiunii într-un sistem de echilibru de temperatură. Dacă vorbim despre echilibrul lichid-vapori , atunci presiunea este înțeleasă ca presiunea vaporilor saturati , iar relația se numește curbă de evaporare . $P=P(T)$

Din condiția de egalitate a potențialelor chimice rezultă condiția de egalitate a potențialelor termodinamice specifice:

$g_{1}=g_{2}$ ,

unde , este potențialul Gibbs al fazei i, este masa acesteia. $g_{i}={\frac {G_{i}}{m_{i}}}$ $G_{i}$ $m_i$

De aici:

$dg_{1}=dg_{2)$ ,

care înseamnă

$v_{1}dP-s_{1}dT=v_{2}dP-s_{2}dT$ ,

unde și sunt volumul specific și entropia fazelor. De aici rezultă că $v_{1}$ $s_{1}$

${\frac {dP}{dT}}={\frac {s_{2}-s_{1}}{v_{2}-v_{1}}}$ ,

și, în sfârșit

${\frac {dP}{dT}}={\frac {q}{T(v_{2}-v_{1})}}$ ,

unde este căldura specifică de tranziție de fază (de exemplu, căldura specifică de fuziune sau căldura specifică de vaporizare ). $q$

Ultima ecuație se numește ecuația Clausius-Clapeyron .

Regula fazei lui Gibbs

Legea de bază a echilibrelor eterogene, conform căreia într-un sistem fizico-chimic eterogen (neomogen macroscopic) în echilibru termodinamic stabil, numărul de faze nu poate depăși numărul de componente crescut cu 2. Stabilit de J.W. Gibbs în 1873-76 [1] .

Vezi și

Note

↑ TSB

Literatură

Bazarov I.P. Termodinamică. (link inaccesibil) M.: Vysshaya shkola, 1991. 376 p.
Sivukhin DV Curs general de fizică. - M . : Nauka , 1975. - T. II. Termodinamica si fizica moleculara. — 519 p.

Starile termodinamice ale materiei

Stări de fază

Starea de agregare Echilibrul de faze Regula fazei diagramă de fază Ecuația de stare
Solid	cristale Monocristal policristal Cristalit
Mezofază	Corpuri amorfe stare sticloasa cristal lichid Nematic Smectic colesteric Faza coloana Mezogen Membrană
Lichid	Fluid ideal Stare metastabilă lichid supraîncălzit lichid suprarăcit lichid întins Coltdown fluid supercritic
Gaz	Gaz ideal gaz real Aburi Abur saturat abur supraîncălzit abur suprasaturat
Plasma	electromagnetic Plasmă cuarc-gluon Glazma
Temperatura scazuta	condens bose Condens ferionic gaz cuantic gaz bose gaz Fermi gaz degenerat lichid cuantic bose lichid Fermi lichid solid superfluid Fenomene Superfluiditate Supraconductivitate
Alte	chestiune ciudată moleculă fotonică condens de sticla colorata

Tranziții de fază

Primul fel

Al doilea fel

în fenomene electrice	feroelectrice Antiferoelectric
în fenomenele magnetice	feromagneți Paramagneți Antiferomagneți

cuantic

punct lambda

Sisteme disperse

Geluri
- Aerogel
Soluții
sisteme coloide
- aspru
- Coloidal liber dispersat
Sol
Spray
- Fum
- Praf
- Ceaţă
- aburi
Suspensie
Emulsie

Vezi si