Википедия

Правило фаз

Пра́вило фаз (или правило фаз Гиббса) — соотношение, связывающее число компонентов, фаз и термодинамических степеней свободы в равновесной термодинамической системе. Роль правила фаз особенно велика при рассмотрении гетерогенных равновесий в многофазных многокомпонентных системах.

Хотя под термином «правило» обычно подразумевают приближенную или частную закономерность, в случае правила фаз Гиббса речь идёт о строгой и общей зависимости — законе равновесия фаз.

Описание состояния термодинамической фазы

image
Растворимый кофе — однородная система (гомогенная однофазная многокомпонентная)
image
Лёд в воде — неоднородная система (гетерогенная двухфазная однокомпонентная)

С точки зрения терминологии о любом растворе одинаково правильно говорить как об однородной системе и как об однофазной гомогенной системе, а о кубиках льда в воде — как о неоднородной системе и как о двухфазной гетерогенной системе. Выбор наиболее подходящего термина зависит от постановки рассматриваемой задачи, поскольку различие в терминах «термодинамическая система» и «термодинамическая фаза» отражает разницу в подходах к описанию системы и фазы. Под состоянием фазы понимают набор используемых для её описания интенсивных переменных. Такие интенсивные величины, как плотность, теплоёмкость, коэффициент термического расширения и др. характеризуют термодинамические свойства индивидуального вещества или раствора, образующего фазу. Само понятие термодинамической фазы было введено Гиббсом с целью «иметь термин, который относится только к составу и термодинамическому состоянию […] тела и для которого не имеет значения его величина или его форма» в связи с выводом правила фаз, основанном на использовании уравнения Гиббса — Дюгема. Отсюда естественным образом вытекает принадлежащее А. В. Сторонкину определение фазы как индивидуального вещества или раствора, при всех возможных условиях существования допускающего описание одним уравнением, выражающим связь между переменными состояния — уравнением Гиббса — Дюгема или любым из канонических уравнений состояния. Предпочтение, отдаваемое уравнению Гиббса — Дюгема, связано с тем, что все независимые переменные в этом уравнении представляют собой интенсивные величины.

Состав каждой фазы определяется долями компонентов (мольными или массовыми). Доля каждого компонента, отсутствующего в рассматриваемой фазе, считается равной нулю. Использование мольных долей требует применения для всех фаз одной и той же формульной единицы при вычислении числа молей компонента. Обычно при рассмотрении фазовых равновесий исходят из того, что химические превращения в гетерогенной системе уже учтены при подсчёте числа компонентов, поэтому химические реакции в системе во внимание не принимают.

Иногда в дефиницию термина «фаза» вводят требование идентичности не только термодинамических, но вообще всех макроскопических свойств вещества. Например, оптически активные право- и левовращающие кристаллы (кварца, бертолетовой соли и т. п.) предлагают рассматривать как две различные фазы, отличающиеся кристаллографическими параметрами. Однако по своим термодинамическим свойствам такие вещества идентичны и их традиционно считают одной фазой.

В рамках термодинамики Гиббса при рассмотрении гетерогенных равновесий вещества до и после фазового перехода второго рода считают одной фазой. Например, одной фазой считают α-Fe (феррит) со свойствами ферромагнетика — устойчивую ниже точки Кюри (769 °C) полиморфную модификацию железа, и β-Fe — полиморфную модификацию, отличающуюся от α-Fe магнитными свойствами (парамагнетик).

Для задания термодинамического состояния системы, т. е. всей совокупности её свойств, недостаточно знания свойств фаз, образующей эту систему: в наборе независимых переменных системы должна быть представлена хотя бы одна экстенсивная величина, например объём или масса системы.

Термодинамические степени свободы, вариантность и полная вариантность системы

В термодинамике каждой независимой интенсивной переменной состояния, значение которой можно изменять произвольно при условии, что фазы, образующие систему, не исчезают, и новые фазы не образуются, соответствует одна термодинамическая степень свободы. Числом степеней свободы (вариантностью) системы называют число независимых интенсивных переменных (для открытых термодеформационных систем это давление, температура и доли компонентов в различных фазах), значения которых необходимо знать, чтобы полностью описать состояния всех фаз системы, и которые можно одновременно произвольно задать без изменения числа и природы фаз (без изменения фазового состава системы). Число степеней свободы изучаемой системы равно разности между числом интенсивных переменных, достаточных для её полного описания, и числом связей между этими переменными, т. е. равно числу независимых переменных, допускающих произвольное варьирование, не ведущее к изменению природы системы.

Число независимых переменных, необходимых для задания состояния системы с учётом масс всех её фаз, называют полной (общей) вариантностью системы.

Вариантность и полная вариантность могут принимать только неотрицательные целочисленные значения, а их наименьшие значения равны нулю.

Пример. Закрытая система из твёрдого карбоната кальция, диссоциирующего при нагревании на твёрдый оксид кальция и газообразную двуокись углерода по реакции получения негашёной извести обжигом известняка:

image.

Имеем три составляющих вещества и одну химическую реакцию, дополнительные уравнения связи отсутствуют (поскольку в каждой фазе по одному веществу), поэтому система двухкомпонентная. Система закрытая, т. е. произвольное изменение долей компонентов невозможно; система термодеформационная, то есть воздействовать на систему можно изменением температуры и давления. Опыт показывает, что для описания состояния рассматриваемой системы достаточно одной величины. Если в качестве такой переменной выбрать температуру системы, то равновесное давление углекислого газа в замкнутой системе будет однозначно определяться заданной температурой и его нельзя произвольно менять, не теряя одну из фаз.

Допущения, используемые при выводе правила фаз

Практическое применение правила фаз в конкретной задаче предполагает предварительную проверку соблюдения допущений, обычно используемых при выводе данного правила:

  • в системе имеет место равновесие фаз;
  • рассматривают только объёмные (трёхмерные) фазы, двумерные (поверхностные) фазы исключены из рассмотрения;
  • границы между фазами плоские, не препятствуют выравниванию давления и температуры в системе и переносу вещества между фазами;
  • влияние силовых полей (гравитационного, магнитного и т. п.) не учитывают, а из всех обобщённых термодинамических координат принимают во внимание только объём и массы компонентов, то есть рассматривают лишь термодеформационные системы — открытые и закрытые.

Правило фаз применимо только для систем, которые находятся в состоянии термодинамического равновесия. В природе такое равновесие обычно отсутствует. Например, весной лёд тает и исчезает, в холодное время года вода замерзает, а совместное присутствие льда и воды — явление временное. Если в рассматриваемой системе не все возможные равновесия реализуются по кинетическим причинам (слишком малы скорости процессов, ведущих к равновесию), то сделанные с помощью правила фаз выводы могут не соответствовать реальным наблюдениям.

Требование соблюдения равновесия фаз не допускает исключений (к метастабильному равновесию правило фаз неприменимо), тогда как отказ от любого другого из перечисленных допущений ведёт к модификации формул правила фаз.

Формулировки правила фаз для различных условий изоляции системы

Математическая формулировка правила фаз зависит от наложенных на систему условий изоляции. Материальная изоляция не влияет на число фаз в гетерогенной системе, но разрывает связь между числом фаз и вариантностью системы в случае, когда число фаз меньше или равно числу компонентов. Если кроме соотношений, выражающих условия материальной изоляции, существуют другие уравнения связи между интенсивными переменными фаз, то вариантность и полная вариантность системы будут меньше на число этих уравнений.

Открытая система

Число степеней свободы (число интенсивных переменных, которым можно одновременно задать произвольные значения) image открытой многокомпонентной гетерогенной системы в состоянии равновесия находят посредством соотношения, которое представляет собой математическую формулировку правила фаз Гиббса:

где image — число степеней свободы, соответствующих давлению и температуре; image — число компонентов системы; image — число фаз в системе.

Данному правилу подчиняются все открытые равновесные системы, состоящие из любого числа фаз и любого числа компонентов (присутствие каждого компонента в любой из фаз не предполагается). Если один из параметров — давление либо температура — фиксирован, то говорят об условном числе степеней свободы (условной вариантности), вычисляемой по формуле

Непосредственно из правила фаз следует ограничение на число сосуществующих в системе фаз:

Максимально возможное число фаз в гетерогенной системе image, соответствующее нулевой вариантности, равно

При использовании уравнения для систем, у которых какое-то количество параметров зафиксировано, число степеней свободы уменьшается на число фиксированных параметров. Так, для конденсированных систем (например, сплавов металлов), когда давление либо постоянно, либо его влиянием на состояние равновесия можно пренебречь, вариантность системы на единицу меньше даваемого уравнением Гиббса для вариантности открытых систем.

Для однокомпонентной системы

image
image
Фазовая диаграмма воды

Отсюда следует, что максимальное число фаз в однокомпонентной системе, достигаемое при минимальной (нулевой) её вариантности, равно трём; ни давление, ни температуру для трёхфазной однокомпонентной системы задать произвольно нельзя. На фазовой диаграмме сосуществованию трёх фаз соответствует тройная точка с фиксированными значениями давления и температуры. При всякой другой температуре или другом давлении равновесие трёх фаз невозможно: в системе будут происходить изменения, в результате которых одна или две фазы исчезнут.

В случае энантиотропии и превращения одной полиморфной фазы в другую условие постоянства давления уменьшает вариантность системы на 1, так что переход возможен только при одной строго определённой температуре (image). Например, для железа при 1394 °C имеет место обратимый переход между γ-Fe (аустенитом) с гранецентрированной кубической решёткой и δ-Fe с объёмноцентрированной кубической решёткой.

Двухфазному равновесию в однокомпонентной системе (image) на фазовой диаграмме соответствует линия. Температуре системы можно придать произвольное значение, но равновесное давление в обеих фазах окажется при этом заданным однозначно.

Если фаза одна (image), то число степеней свободы системы равно двум, т. е. температуре и давлению можно придавать произвольные значения в пределах некоторой области на фазовой диаграмме — пока система не окажется на одной из линий двухфазного равновесия. Простейшим примером однокомпонентной однофазной системы служит жидкость, давление на которую выше, чем давление её насыщенного пара при рассматриваемой температуре; в этом случае пара над жидкостью не будет, т. е. система будет однофазной.

Полная вариантность image открытой системы (число независимых переменных в любом из канонических уравнений состояния) равна

и не зависит от числа фаз в системе.

Закрытая система

  • Для закрытой системы, в которой число компонентов не больше числа фаз, вариантность равна

т. е. вычисляется так же, как для открытой системы. Правило фаз в его традиционной форме продолжает действовать в закрытой системе до тех пор, пока число компонентов не превысит число фаз.

  • Для закрытой системы, в которой число компонентов не меньше числа фаз, вариантность равна двум
  • Полная вариантность любой закрытой системы при отсутствии внешних полей и поверхностных эффектов равна двум вне зависимости от числа фаз, числа компонентов и их распределения внутри системы (правило Дюгема, 1899)

Закрытая система в жёсткой оболочке

Система, заключённая в жёсткую оболочку, имеет постоянный объём. Вариантность и полная вариантность такой системы равны

Правило фаз в его традиционной форме применимо к рассматриваемой системе до тех пор, пока число компонентов не превысит число фаз, уменьшенное на единицу.

Закрытая система в жёсткой адиабатной оболочке (изолированная система)

Закрытая система, помещённая в жёсткую адиабатную оболочку, не способна к каким-либо изменениям; вариантность и полная вариантность системы равны нулю. По этой причине при рассмотрении гетерогенных равновесий свойства изолированных систем не обсуждают. А. И. Русанов считает, однако, что учёт поверхностных явлений в такой системе даёт ненулевые значения вариантности и полной вариантности. А именно, для систем с плоскими поверхностями раздела между фазами в отсутствие поверхностных фазовых процессов вариантность и полная вариантность изолированной системы равны

где image — число поверхностей разрыва между фазами. Вариантность и полная вариантность рассматриваемой системы обусловлены исключительно наличием поверхностей: если рассматривать равновесие без учёта поверхностных явлений (image), то вариантность и полная вариантность системы равны нулю. Данный подход оставляет открытым вопрос о том, как совместить представление о вариантности системы — числе допускающих изменение параметров — с требованиями выполнения условия равновесности, запрещающего внутренние процессы в системе, и условия изолированности, накладывающего запрет на любые внешние воздействия на систему.

Частично открытая система

Под частично открытыми понимают системы, у которых не все компоненты принимают участие в материальном обмене с окружающей средой. Для таких систем проводят различие между неподвижными (инертными) компонентами, не принимающими участия в материальном обмене (масса неподвижного компонента в системе постоянна), и подвижными компонентами, массы которых непостоянны из-за участия этих компонентов в материальном обмене с окружающей средой.

Для частично открытой системы условия постоянства масс неподвижных компонентов рассматривают как уравнения связи, налагаемые на переменные системы и влияющие на её вариантность и полную вариантность, но не сказывающиеся на максимально возможном числе фаз, которое в частично открытых системах не зависит от степени материальной изоляции системы (т. е. от числа неподвижных компонентов), и которое вычисляют по приведённой выше формуле.

Условия постоянства объёма и/или энтропии гетерогенной системы учитывают в точности так же, как и условия материальной изоляции (в приводимые ниже выражения для вычисления вариантности и полной вариантности вместо числа неподвижных компонентов image подставляют значение image — при постоянстве объёма и энтропии, или image — при постоянстве одной экстенсивной переменной).

  • Для системы, в которой число неподвижных компонентов image больше числа фаз image, вариантность и полная вариантность равны

где image — число компонентов системы, image — число подвижных компонентов (image). Таким образом, для рассматриваемой системы условия материальной изоляции обусловливают уменьшение числа степеней свободы, которое не зависит от числа фаз (образование новой фазы не влияет на вариантность), а равенство вариантности и полной вариантности означает невозможность фазовых процессов, не изменяющих составы фаз.

  • Для системы, в которой число неподвижных компонентов меньше числа фаз, вариантность равна

т. е. в данном случае условия материальной изоляции не накладывают ограничений на состав фаз и не сокращают число степеней свободы по сравнению с открытой системой.

Полная вариантность рассматриваемой системы равна

Вариантность системы меньше её полной вариантности, поэтому в системе возможны фазовые процессы, не изменяющие состав фаз.

  • Для системы, в которой число неподвижных компонентов равно числу фаз, вариантность и полная вариантность равны

Таким образом, для рассматриваемой системы условия материальной изоляции не сказываются на вариантности системы, а равенство вариантности и полной вариантности означает невозможность фазовых процессов, не изменяющих составы фаз.

Сложная система

К сложным системам обычно относят диэлектрики, магнетики, сверхпроводники, поверхности раздела фаз, системы в поле тяготения и в состоянии невесомости, электрохимические системы. Для таких систем вариантность и полную вариантность гетерогенной системы находят по уравнению Гиббса для вариантности и уравнению Гиббса для полной вариантности, заменяя в них image — число степеней свободы, соответствующих давлению и температуре, — на значение, учитывающее природу рассматриваемой системы: image — для фотонного газа; image — для гетерогенной системы в силовом поле (электрическом, магнитном, гравитационном или центробежном). Максимально возможное число фаз в силовом поле должно превышать значение, даваемое уравнением Гиббса для вариантности в отсутствие поля, но экспериментального подтверждения этому выводу пока нет.

Правило фаз для поверхностных слоёв между сосуществующими фазами учитывает разницу между плоскими и искривлёнными поверхностями раздела.

Пример сложной системы — двухкомпонентные смеси

image
График температур кипения некоторой смеси двух не образующих азеотропную смесь компонентов. Приведён пример линии изотермы для сравнения составов пара и жидкости при этой температуре.

В смесях двух химически невзаимодействующих компонентов image так что image В дополнение к температуре и давлению другой степенью свободы является химический состав каждой фазы, обычно выражаемый в виде мольной доли или массовой доли одного из компонентов.

Например, система двух жидкостей, смешивающихся в произвольном соотношении, таких как толуол и бензол, не образующих азеотропную смесь, и находящихся в равновесии с её паром, может быть описана диаграммой температуры кипения, показывающую состав двух равновесных фаз в зависимости от температуры при фиксированном давлении.

Четыре термодинамические переменные, которые могут описывать систему, включают температуру, давление, мольную долю компонента 1, например, толуола в жидкой фазе и мольную долю его же в паровой фазе. Но так как в равновесии участвуют две фазы image только две из этих переменных могут быть независимыми image Это обусловлено тем, что четыре переменные связаны двумя соотношениями: равенством химических потенциалов жидкого толуола и паров толуола и аналогичным равенством для бензола.

Для заданных температуре и давлении две фазы находятся в равновесии, при этом состав фазы (точка системы) находится между двумя кривыми (см. рисунок). Горизонтальная линия (изотерма или связующая линия) может быть проведена через любую такую точку системы и пересекает кривую для каждой фазы при ее равновесном составе.

Математическая интерпретация правила фаз

Математика позволяет описать явления природы на символическом языке различными способами. Удачная интерпретация правила фаз возможна с помощью теории графов. Уравнение Гиббса для вариантности может быть наглядно интерпретировано как соотношение между вершинами, рёбрами, гранями и объёмами некоего графа.

Классификация термодинамических систем по вариантности

В зависимости от числа степеней свободы (вариантности) различают системы нонвариантные (безвариантные, image), моновариантные (image), бивариантные (дивариантные, image), … и поливариантные.

В нонвариантных системах с нулевой полной вариантностью фазовые реакции (переходы компонентов между фазами) невозможны. Число фаз такой системе максимально. В нонвариантных системах с отличной от нуля полной вариантностью возможно протекание фазовых реакций без нарушения равновесия системы.

Использование правила фаз

Применение правила фаз не требует конкретизации перечня компонентов системы — достаточно знать их общее число.

Правило фаз особенно полезно при исследовании гетерогенных систем, в частности в металловедении, металлургии, петрографии, химической технологии, поскольку является теоретической основой для анализа диаграмм состояния любой степени сложности. Правило фаз позволяет сразу же определить метрику такой диаграммы, поскольку минимально возможная вариантность системы равна нулю, а минимальное число фаз — одна. Так, для характеристики состояния однокомпонентной системы (две степени свободы) необходимы две переменные (image и image), т. е. диаграмма состояния однокомпонентной системы плоская. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы характеризуется тремя параметрами (image, image и одна из концентраций). Такая диаграмма — объёмная, для построения её проекции на плоскости необходимо зафиксировать одну из переменных. Соответственно получаем три типа диаграмм двухкомпонентных систем на плоскости: изотерму, изобару и изопикну (изодолю). Полная диаграмма состояния трёхкомпонентной системы требует для своего описания уже четырёхмерного пространства. Объёмную диаграмму, в основании которой обычно лежит треугольник Гиббса — Розебома, строят чаще всего при image или image

Минералогическое правило фаз

В. Гольдшмидт, изучая скарны Южной Норвегии, обратил внимание на то, что наблюдаемые им парагенезисы минералов были тем пестрее, чем больше они содержали компонентов. Это послужило ему основанием применить правило фаз Гиббса и сформулировать минералогическое правило фаз (1911): «Максимальное число твёрдых минералов, которые одновременно совместно устойчиво существуют, равно числу компонентов, составляющих эти минералы».

Горные породы образуются при произвольных значениях температуры и давления, так что число степеней свободы в уравнении Гиббса для вариантности не может быть меньше двух. Поэтому в условиях термодинамического равновесия число минералов (фаз), слагающих горную породу, не может превышать числа её компонентов (обычно простых веществ или окислов):

Д. С. Коржинский ввёл представление о неподвижных (инертных) и подвижных компонентах и дал новую формулировку минералогическому правилу фаз, согласно которой подвижные компоненты на число фаз не влияют, а число минералов (фаз), слагающих горную породу, не может превышать числа её неподвижных (инертных) компонентов:

Историческая справка

Правило фаз вывел Дж. Гиббс (опубликовано в 1876 году); название «правило фаз» предложено У. Банкрофтом. Правило фаз широко использовали в конце XIX — начале XX века Я. Вант-Гофф, Х. Розебом и их ученики, Н. С. Курнаков и его школа. В. Гольдшмидт сформулировал минералогическое правило фаз (1911), а Д. С. Коржинский дал ему новую формулировку, разделив компоненты геологических систем на инертные (в смысле транспортных свойств) и вполне подвижные (т. е. способные свободно перемещаться через границы системы). А. В. Сторонкин получил строгие формулировки правила фаз для частично открытых систем.

См. также

Комментарии

  1. Если для задания термодинамического состояния фазы достаточно интенсивных переменных, а знание экстенсивных величин (массы фазы или её объёма) не требуется, то для задания термодинамического состояния системы, то есть всей совокупности свойств системы, недостаточно знания свойств образующих эту систему фаз: в наборе независимых переменных для системы должна быть представлена хотя бы одна экстенсивная величина, например объём или масса системы.

Примечания

  1. Химическая энциклопедия, т. 5, 1998, с. 53.
  2. «Правило» — традиционно используемый термин для совершенно строгой (в рамках сделанных при выводе допущений) теоремы термодинамики.
  3. БСЭ, 3-е изд., т. 27, 1977, с. 181.
  4. Карапетьянц М. Х., Химическая термодинамика, 2013, с. 122.
  5. Воронин Г. Ф., Основы термодинамики, 1987, с. 13.
  6. Залевски К., Феноменологическая и статистическая термодинамика, 1973, с. 9.
  7. Гиббс Дж. В., Термодинамические работы, 1950, с. 143.
  8. Воронин Г. Ф., Основы термодинамики, 1987, с. 15.
  9. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 109.
  10. Акопян А. А., Химическая термодинамика, 1963, с. 334.
  11. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 28.
  12. Поляченок О. Г., Поляченок Л. Д., Физическая и коллоидная химия, 2008, с. 62—63.
  13. Поляченок О. Г., Поляченок Л. Д., Физическая и коллоидная химия, 2008, с. 63.
  14. Пригожин И., Дефэй Р., Химическая термодинамика, 1966, с. 179.
  15. Серафимов Л. А. и др. Правило фаз, 2008, с. 6—7.
  16. Русанов А. И., Фазовые равновесия и поверхностные явления, 1967, с. 38.
  17. Холохонова Л. И., Молдагулова Н. Е., Учение о фазовых равновесиях, 2009, с. 11—12.
  18. Серафимов Л. А. и др. Правило фаз, 2008, с. 18—19.
  19. Булидорова Г. В. и др., Физическая химия, 2012, с. 222.
  20. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 118—119, 125.
  21. Русанов А. И., Фазовые равновесия и поверхностные явления, 1967, с. 38—43.
  22. Серафимов Л. А. и др. Правило фаз, 2008, с. 28.
  23. Серафимов Л. А. и др. Правило фаз, 2008, с. 20.
  24. Пригожин И., Дефэй Р., Химическая термодинамика, 1966, с. 180.
  25. Евстратова К. И. и др., Физическая и коллоидная химия, 1990, с. 120.
  26. Аносов В. Я., Погодин С. А., Основные начала физико-химического анализа, 1947, с. 547.
  27. Жуховицкий А. А., Шварцман Л. А., Физическая химия, 1987, с. 164.
  28. Акопян А. А., Химическая термодинамика, 1963, с. 338.
  29. Жариков В. А., Основы физической геохимии, 2005, с. 53..
  30. Воронин Г. Ф., Основы термодинамики, 1987, с. 23.
  31. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 121.
  32. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 126.
  33. Русанов А. И., Фазовые равновесия и поверхностные явления, 1967, с. 39.
  34. Серафимов Л. А. и др. Правило фаз, 2008, с. 24.
  35. Химическая энциклопедия, т. 2, 1990, с. 160.
  36. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 122.
  37. Русанов А. И., Фазовые равновесия и поверхностные явления, 1967, с. 43.
  38. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 128.
  39. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 128—129.
  40. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 122—123.
  41. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 125, 127.
  42. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 125.
  43. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 124.
  44. Русанов А. И., Фазовые равновесия и поверхностные явления, 1967, с. 439.
  45. Алмалиев А. Н. и др., Термодинамика и статистическая физика, 2004, с. 59.
  46. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 129.
  47. Серафимов Л. А. и др. Правило фаз, 2008, с. 33.
  48. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 129—131.
  49. Русанов А. И., Фазовые равновесия и поверхностные явления, 1967, с. 34—43.
  50. Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1—2, 1967, с. 98.
  51. Серафимов Л. А. и др. Правило фаз, 2008, с. 11.
  52. Поляченок О. Г., Поляченок Л. Д., Физическая и коллоидная химия, 2008, с. 61.
  53. Поляченок О. Г., Поляченок Л. Д., Физическая и коллоидная химия, 2008, с. 64.
  54. Минералогическое правило фаз // Геологический словарь, [[Всероссийский научно-исследовательский геологический институт имени А. П. Карпинского|ВСЕГЕИ]]. Дата обращения: 31 мая 2015. Архивировано 27 сентября 2020 года.
  55. Жариков В. А., МаракушевА. А. Минералогическое правило фаз // БСЭ (3-е изд.). Дата обращения: 10 июня 2017. Архивировано из оригинала 9 сентября 2017 года.
  56. Жариков В. А., Основы физической геохимии, 2005, с. 62—63.
  57. Kipnis A. Ya., J. W. Gibbs and chemical thermodynamics, 1991, p. 499.

Литература

  • Акопян А. А. Химическая термодинамика. — М.: Высшая школа, 1963. — 527 с.
  • Алмалиев А. Н., Копытин И. В., Корнев А. С., Чуракова Т. А. Термодинамика и статистическая физика: Статистика идеального газа. — Воронеж: Ворон. гос. ун-т, 2004. — 79 с.
  • Аносов В. Я., Погодин С. А. Основные начала физико-химического анализа. — М.: Изд-во АН СССР, 1947. — 876 с.
  • Большая Советская Энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М.: Советская Энциклопедия, 1977. — Т. 27: Ульяновск — Франкфорт. — 622 с.
  • Булидорова Г. В., Галяметдинов Ю. Г., Ярошевская Х. М., Барабанов В. П. Физическая химия. — Казань: Изд-во Казан. нац. исслед. технол. ун-та, 2012. — 396 с. — ISBN 978-5-7882-1367-5.
  • Воронин Г. Ф. Основы термодинамики. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. — 192 с.
  • Гиббс Дж. В. Термодинамические работы / Пер. с англ. под ред. проф. В. К. Семенченко. — М. — Л.: Гостехтеориздат, 1950. — 492 с. — (Классики естествознания).
  • Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика / Отв. ред. Д. Н. Зубарев. — М.: Наука, 1982. — 584 с. — (Классики науки).
  • Древинг В. П., Калашников Я. А. Правило фаз с изложением основ термодинамики. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Изд-во Московского ун-та, 1964. — 456 с.
  • Евстратова К. И., Купина Н. А., Малахова Е. Е. Физическая и коллоидная химия. — М.: Высшая школа, 1990. — 488 с. — ISBN 5-06-001018-X.
  • Жариков В. А. Основы физической геохимии. — М.: Наука; Изд-во МГУ, 2005. — 656 с. — (Классический университетский учебник). — ISBN 5-211-04849-0, 5-02-035302-7.
  • Жуховицкий А. А., Шварцман Л. А. Физическая химия. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1987. — 688 с.
  • Залевски К. Феноменологическая и статистическая термодинамика: Краткий курс лекций / Пер. с польск. под. ред. Л. А. Серафимова. — М.: Мир, 1973. — 168 с.
  • Карапетьянц М. Х. Химическая термодинамика. — М.: Либроком, 2013. — 584 с. — ISBN 978-5-397-03700-6.
  • Поляченок О. Г., Поляченок Л. Д. Физическая и коллоидная химия. — Могилев: Могилев. гос. ун-т продовольствия, 2008. — 196 с.
  • Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика / Пер. с англ. — Новосибирск: Наука, 1966. — 506 с.
  • Русанов А. И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. — Л.: Химия, 1967. — 388 с.
  • Серафимов Л. А., Фролкова А. К., Хахин Л. А. Правило фаз. — М.: МИТХТ, 2008. — 48 с.
  • Сторонкин А. В. Термодинамика гетерогенных систем. Части 1 и 2. — М.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1967. — 448 с.
  • Химическая энциклопедия / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Даффа реакция — Меди сульфат. — 672 с. — ISBN 5-85270-035-5.
  • Химическая энциклопедия / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди сульфиды — Полимерные красители. — 640 с. — ISBN 5-85270-039-8.
  • Химическая энциклопедия / Гл. ред. Н. С. Зефиров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5: Триптофан — Ятрохимия. — 783 с. — ISBN 5-85270-310-9.
  • Холохонова Л. И., Молдагулова Н. Е. Учение о фазовых равновесиях. — Кемерово: Кемер. технол. ин-т пищ. пром-ти, 2009. — 128 с.
  • Kipnis A. Ya. J. W. Gibbs and chemical thermodynamics (англ.) // Thermodynamics: History and Philosophy. Facts, Trends, Debates. — Editors K. Martinás, L. Ropolyi & P. Szegedi. — World Scientific Publishing, 1991. — P. 492—507.

Ссылки

  • Путляев В. И., Еремина Е. А.Правило фаз (однокомпонентные системы) Архивная копия от 24 мая 2006 на Wayback Machine

Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Правило фаз, Что такое Правило фаз? Что означает Правило фаз?

Pra vilo faz ili pravilo faz Gibbsa sootnoshenie svyazyvayushee chislo komponentov faz i termodinamicheskih stepenej svobody v ravnovesnoj termodinamicheskoj sisteme Rol pravila faz osobenno velika pri rassmotrenii geterogennyh ravnovesij v mnogofaznyh mnogokomponentnyh sistemah Hotya pod terminom pravilo obychno podrazumevayut priblizhennuyu ili chastnuyu zakonomernost v sluchae pravila faz Gibbsa rech idyot o strogoj i obshej zavisimosti zakone ravnovesiya faz Opisanie sostoyaniya termodinamicheskoj fazyRastvorimyj kofe odnorodnaya sistema gomogennaya odnofaznaya mnogokomponentnaya Lyod v vode neodnorodnaya sistema geterogennaya dvuhfaznaya odnokomponentnaya Osnovnaya statya Termodinamicheskie velichiny S tochki zreniya terminologii o lyubom rastvore odinakovo pravilno govorit kak ob odnorodnoj sisteme i kak ob odnofaznoj gomogennoj sisteme a o kubikah lda v vode kak o neodnorodnoj sisteme i kak o dvuhfaznoj geterogennoj sisteme Vybor naibolee podhodyashego termina zavisit ot postanovki rassmatrivaemoj zadachi poskolku razlichie v terminah termodinamicheskaya sistema i termodinamicheskaya faza otrazhaet raznicu v podhodah k opisaniyu sistemy i fazy Pod sostoyaniem fazy ponimayut nabor ispolzuemyh dlya eyo opisaniya intensivnyh peremennyh Takie intensivnye velichiny kak plotnost teployomkost koefficient termicheskogo rasshireniya i dr harakterizuyut termodinamicheskie svojstva individualnogo veshestva ili rastvora obrazuyushego fazu Samo ponyatie termodinamicheskoj fazy bylo vvedeno Gibbsom s celyu imet termin kotoryj otnositsya tolko k sostavu i termodinamicheskomu sostoyaniyu tela i dlya kotorogo ne imeet znacheniya ego velichina ili ego forma v svyazi s vyvodom pravila faz osnovannom na ispolzovanii uravneniya Gibbsa Dyugema Otsyuda estestvennym obrazom vytekaet prinadlezhashee A V Storonkinu opredelenie fazy kak individualnogo veshestva ili rastvora pri vseh vozmozhnyh usloviyah sushestvovaniya dopuskayushego opisanie odnim uravneniem vyrazhayushim svyaz mezhdu peremennymi sostoyaniya uravneniem Gibbsa Dyugema ili lyubym iz kanonicheskih uravnenij sostoyaniya Predpochtenie otdavaemoe uravneniyu Gibbsa Dyugema svyazano s tem chto vse nezavisimye peremennye v etom uravnenii predstavlyayut soboj intensivnye velichiny Sostav kazhdoj fazy opredelyaetsya dolyami komponentov molnymi ili massovymi Dolya kazhdogo komponenta otsutstvuyushego v rassmatrivaemoj faze schitaetsya ravnoj nulyu Ispolzovanie molnyh dolej trebuet primeneniya dlya vseh faz odnoj i toj zhe formulnoj edinicy pri vychislenii chisla molej komponenta Obychno pri rassmotrenii fazovyh ravnovesij ishodyat iz togo chto himicheskie prevrasheniya v geterogennoj sisteme uzhe uchteny pri podschyote chisla komponentov poetomu himicheskie reakcii v sisteme vo vnimanie ne prinimayut Inogda v definiciyu termina faza vvodyat trebovanie identichnosti ne tolko termodinamicheskih no voobshe vseh makroskopicheskih svojstv veshestva Naprimer opticheski aktivnye pravo i levovrashayushie kristally kvarca bertoletovoj soli i t p predlagayut rassmatrivat kak dve razlichnye fazy otlichayushiesya kristallograficheskimi parametrami Odnako po svoim termodinamicheskim svojstvam takie veshestva identichny i ih tradicionno schitayut odnoj fazoj V ramkah termodinamiki Gibbsa pri rassmotrenii geterogennyh ravnovesij veshestva do i posle fazovogo perehoda vtorogo roda schitayut odnoj fazoj Naprimer odnoj fazoj schitayut a Fe ferrit so svojstvami ferromagnetika ustojchivuyu nizhe tochki Kyuri 769 C polimorfnuyu modifikaciyu zheleza i b Fe polimorfnuyu modifikaciyu otlichayushuyusya ot a Fe magnitnymi svojstvami paramagnetik Dlya zadaniya termodinamicheskogo sostoyaniya sistemy t e vsej sovokupnosti eyo svojstv nedostatochno znaniya svojstv faz obrazuyushej etu sistemu v nabore nezavisimyh peremennyh sistemy dolzhna byt predstavlena hotya by odna ekstensivnaya velichina naprimer obyom ili massa sistemy Termodinamicheskie stepeni svobody variantnost i polnaya variantnost sistemyV termodinamike kazhdoj nezavisimoj intensivnoj peremennoj sostoyaniya znachenie kotoroj mozhno izmenyat proizvolno pri uslovii chto fazy obrazuyushie sistemu ne ischezayut i novye fazy ne obrazuyutsya sootvetstvuet odna termodinamicheskaya stepen svobody Chislom stepenej svobody variantnostyu sistemy nazyvayut chislo nezavisimyh intensivnyh peremennyh dlya otkrytyh termodeformacionnyh sistem eto davlenie temperatura i doli komponentov v razlichnyh fazah znacheniya kotoryh neobhodimo znat chtoby polnostyu opisat sostoyaniya vseh faz sistemy i kotorye mozhno odnovremenno proizvolno zadat bez izmeneniya chisla i prirody faz bez izmeneniya fazovogo sostava sistemy Chislo stepenej svobody izuchaemoj sistemy ravno raznosti mezhdu chislom intensivnyh peremennyh dostatochnyh dlya eyo polnogo opisaniya i chislom svyazej mezhdu etimi peremennymi t e ravno chislu nezavisimyh peremennyh dopuskayushih proizvolnoe varirovanie ne vedushee k izmeneniyu prirody sistemy Chislo nezavisimyh peremennyh neobhodimyh dlya zadaniya sostoyaniya sistemy s uchyotom mass vseh eyo faz nazyvayut polnoj obshej variantnostyu sistemy Variantnost i polnaya variantnost mogut prinimat tolko neotricatelnye celochislennye znacheniya a ih naimenshie znacheniya ravny nulyu Primer Zakrytaya sistema iz tvyordogo karbonata kalciya dissociiruyushego pri nagrevanii na tvyordyj oksid kalciya i gazoobraznuyu dvuokis ugleroda po reakcii polucheniya negashyonoj izvesti obzhigom izvestnyaka CaCO3 CaO CO2 displaystyle ce CaCO3 gt CaO CO2 Imeem tri sostavlyayushih veshestva i odnu himicheskuyu reakciyu dopolnitelnye uravneniya svyazi otsutstvuyut poskolku v kazhdoj faze po odnomu veshestvu poetomu sistema dvuhkomponentnaya Sistema zakrytaya t e proizvolnoe izmenenie dolej komponentov nevozmozhno sistema termodeformacionnaya to est vozdejstvovat na sistemu mozhno izmeneniem temperatury i davleniya Opyt pokazyvaet chto dlya opisaniya sostoyaniya rassmatrivaemoj sistemy dostatochno odnoj velichiny Esli v kachestve takoj peremennoj vybrat temperaturu sistemy to ravnovesnoe davlenie uglekislogo gaza v zamknutoj sisteme budet odnoznachno opredelyatsya zadannoj temperaturoj i ego nelzya proizvolno menyat ne teryaya odnu iz faz Dopusheniya ispolzuemye pri vyvode pravila fazPrakticheskoe primenenie pravila faz v konkretnoj zadache predpolagaet predvaritelnuyu proverku soblyudeniya dopushenij obychno ispolzuemyh pri vyvode dannogo pravila v sisteme imeet mesto ravnovesie faz rassmatrivayut tolko obyomnye tryohmernye fazy dvumernye poverhnostnye fazy isklyucheny iz rassmotreniya granicy mezhdu fazami ploskie ne prepyatstvuyut vyravnivaniyu davleniya i temperatury v sisteme i perenosu veshestva mezhdu fazami vliyanie silovyh polej gravitacionnogo magnitnogo i t p ne uchityvayut a iz vseh obobshyonnyh termodinamicheskih koordinat prinimayut vo vnimanie tolko obyom i massy komponentov to est rassmatrivayut lish termodeformacionnye sistemy otkrytye i zakrytye Pravilo faz primenimo tolko dlya sistem kotorye nahodyatsya v sostoyanii termodinamicheskogo ravnovesiya V prirode takoe ravnovesie obychno otsutstvuet Naprimer vesnoj lyod taet i ischezaet v holodnoe vremya goda voda zamerzaet a sovmestnoe prisutstvie lda i vody yavlenie vremennoe Esli v rassmatrivaemoj sisteme ne vse vozmozhnye ravnovesiya realizuyutsya po kineticheskim prichinam slishkom maly skorosti processov vedushih k ravnovesiyu to sdelannye s pomoshyu pravila faz vyvody mogut ne sootvetstvovat realnym nablyudeniyam Trebovanie soblyudeniya ravnovesiya faz ne dopuskaet isklyuchenij k metastabilnomu ravnovesiyu pravilo faz neprimenimo togda kak otkaz ot lyubogo drugogo iz perechislennyh dopushenij vedyot k modifikacii formul pravila faz Formulirovki pravila faz dlya razlichnyh uslovij izolyacii sistemyMatematicheskaya formulirovka pravila faz zavisit ot nalozhennyh na sistemu uslovij izolyacii Materialnaya izolyaciya ne vliyaet na chislo faz v geterogennoj sisteme no razryvaet svyaz mezhdu chislom faz i variantnostyu sistemy v sluchae kogda chislo faz menshe ili ravno chislu komponentov Esli krome sootnoshenij vyrazhayushih usloviya materialnoj izolyacii sushestvuyut drugie uravneniya svyazi mezhdu intensivnymi peremennymi faz to variantnost i polnaya variantnost sistemy budut menshe na chislo etih uravnenij Otkrytaya sistema Chislo stepenej svobody chislo intensivnyh peremennyh kotorym mozhno odnovremenno zadat proizvolnye znacheniya i displaystyle iota otkrytoj mnogokomponentnoj geterogennoj sistemy v sostoyanii ravnovesiya nahodyat posredstvom sootnosheniya kotoroe predstavlyaet soboj matematicheskuyu formulirovku pravila faz Gibbsa i 2 k f i 0 1 2 displaystyle iota 2 k f iota 0 1 2 Pravilo faz dlya otkrytyh sistem gde 2 displaystyle 2 chislo stepenej svobody sootvetstvuyushih davleniyu i temperature k 1 2 3 displaystyle k 1 2 3 chislo komponentov sistemy f 1 2 3 displaystyle f 1 2 3 chislo faz v sisteme Dannomu pravilu podchinyayutsya vse otkrytye ravnovesnye sistemy sostoyashie iz lyubogo chisla faz i lyubogo chisla komponentov prisutstvie kazhdogo komponenta v lyuboj iz faz ne predpolagaetsya Esli odin iz parametrov davlenie libo temperatura fiksirovan to govoryat ob uslovnom chisle stepenej svobody uslovnoj variantnosti vychislyaemoj po formule i 1 k f i 0 1 2 displaystyle iota 1 k f iota 0 1 2 Uslovnaya variantnost otkrytoj sistemy Neposredstvenno iz pravila faz sleduet ogranichenie na chislo sosushestvuyushih v sisteme faz f 2 k displaystyle f leqslant 2 k Ogranichenie na chislo sosushestvuyushih v sisteme faz Maksimalno vozmozhnoe chislo faz v geterogennoj sisteme fmax displaystyle f max sootvetstvuyushee nulevoj variantnosti ravno fmax 2 k i 0 displaystyle f max 2 k iota 0 Maksimalnoe chislo faz v geterogennoj sisteme Pri ispolzovanii uravneniya dlya sistem u kotoryh kakoe to kolichestvo parametrov zafiksirovano chislo stepenej svobody umenshaetsya na chislo fiksirovannyh parametrov Tak dlya kondensirovannyh sistem naprimer splavov metallov kogda davlenie libo postoyanno libo ego vliyaniem na sostoyanie ravnovesiya mozhno prenebrech variantnost sistemy na edinicu menshe davaemogo uravneniem Gibbsa dlya variantnosti otkrytyh sistem Dlya odnokomponentnoj sistemy i 3 f i 0 displaystyle iota 3 f iota geqslant 0 Fazovaya diagramma vody Otsyuda sleduet chto maksimalnoe chislo faz v odnokomponentnoj sisteme dostigaemoe pri minimalnoj nulevoj eyo variantnosti ravno tryom ni davlenie ni temperaturu dlya tryohfaznoj odnokomponentnoj sistemy zadat proizvolno nelzya Na fazovoj diagramme sosushestvovaniyu tryoh faz sootvetstvuet trojnaya tochka s fiksirovannymi znacheniyami davleniya i temperatury Pri vsyakoj drugoj temperature ili drugom davlenii ravnovesie tryoh faz nevozmozhno v sisteme budut proishodit izmeneniya v rezultate kotoryh odna ili dve fazy ischeznut V sluchae enantiotropii i prevrasheniya odnoj polimorfnoj fazy v druguyu uslovie postoyanstva davleniya umenshaet variantnost sistemy na 1 tak chto perehod vozmozhen tolko pri odnoj strogo opredelyonnoj temperature f 2 k 1 i 1 k f 1 1 2 0 displaystyle f 2 k 1 iota 1 k f 1 1 2 0 Naprimer dlya zheleza pri 1394 C imeet mesto obratimyj perehod mezhdu g Fe austenitom s granecentrirovannoj kubicheskoj reshyotkoj i d Fe s obyomnocentrirovannoj kubicheskoj reshyotkoj Dvuhfaznomu ravnovesiyu v odnokomponentnoj sisteme f 2 i 1 displaystyle f 2 iota 1 na fazovoj diagramme sootvetstvuet liniya Temperature sistemy mozhno pridat proizvolnoe znachenie no ravnovesnoe davlenie v obeih fazah okazhetsya pri etom zadannym odnoznachno Esli faza odna f 1 i 2 displaystyle f 1 iota 2 to chislo stepenej svobody sistemy ravno dvum t e temperature i davleniyu mozhno pridavat proizvolnye znacheniya v predelah nekotoroj oblasti na fazovoj diagramme poka sistema ne okazhetsya na odnoj iz linij dvuhfaznogo ravnovesiya Prostejshim primerom odnokomponentnoj odnofaznoj sistemy sluzhit zhidkost davlenie na kotoruyu vyshe chem davlenie eyo nasyshennogo para pri rassmatrivaemoj temperature v etom sluchae para nad zhidkostyu ne budet t e sistema budet odnofaznoj Polnaya variantnost ifull displaystyle iota full otkrytoj sistemy chislo nezavisimyh peremennyh v lyubom iz kanonicheskih uravnenij sostoyaniya ravna ifull 2 k ifull 3 4 displaystyle iota full 2 k iota full 3 4 Polnaya variantnost otkrytoj sistemy i ne zavisit ot chisla faz v sisteme Zakrytaya sistema Dlya zakrytoj sistemy v kotoroj chislo komponentov ne bolshe chisla faz variantnost ravnai 2 k f i 0 k f displaystyle iota 2 k f iota geqslant 0 k leqslant f Pravilo faz dlya zakrytyh sistem s chislom komponentov ne prevyshayushim chisla faz t e vychislyaetsya tak zhe kak dlya otkrytoj sistemy Pravilo faz v ego tradicionnoj forme prodolzhaet dejstvovat v zakrytoj sisteme do teh por poka chislo komponentov ne prevysit chislo faz Dlya zakrytoj sistemy v kotoroj chislo komponentov ne menshe chisla faz variantnost ravna dvumi 2 k f displaystyle iota 2 k geqslant f Pravilo faz dlya zakrytyh sistem s chislom faz ne prevyshayushim chisla komponentov Polnaya variantnost lyuboj zakrytoj sistemy pri otsutstvii vneshnih polej i poverhnostnyh effektov ravna dvum vne zavisimosti ot chisla faz chisla komponentov i ih raspredeleniya vnutri sistemy pravilo Dyugema 1899 ifull 2 displaystyle iota full 2 Pravilo Dyugema dlya polnoj variantnosti zakrytoj sistemy Zakrytaya sistema v zhyostkoj obolochke Sistema zaklyuchyonnaya v zhyostkuyu obolochku imeet postoyannyj obyom Variantnost i polnaya variantnost takoj sistemy ravny i 2 k f i 0 k 1 f displaystyle iota 2 k f iota geqslant 0 k 1 leqslant f i 1 k 1 f displaystyle iota 1 k 1 geqslant f ifull 1 displaystyle iota full 1 Pravilo faz v ego tradicionnoj forme primenimo k rassmatrivaemoj sisteme do teh por poka chislo komponentov ne prevysit chislo faz umenshennoe na edinicu Zakrytaya sistema v zhyostkoj adiabatnoj obolochke izolirovannaya sistema Zakrytaya sistema pomeshyonnaya v zhyostkuyu adiabatnuyu obolochku ne sposobna k kakim libo izmeneniyam variantnost i polnaya variantnost sistemy ravny nulyu Po etoj prichine pri rassmotrenii geterogennyh ravnovesij svojstva izolirovannyh sistem ne obsuzhdayut A I Rusanov schitaet odnako chto uchyot poverhnostnyh yavlenij v takoj sisteme dayot nenulevye znacheniya variantnosti i polnoj variantnosti A imenno dlya sistem s ploskimi poverhnostyami razdela mezhdu fazami v otsutstvie poverhnostnyh fazovyh processov variantnost i polnaya variantnost izolirovannoj sistemy ravny i 2 k f i 0 k 2 f s displaystyle iota 2 k f iota geqslant 0 k 2 leqslant f varsigma i s k 2 f s displaystyle iota varsigma k 2 geqslant f varsigma ifull s displaystyle iota full varsigma gde s displaystyle varsigma chislo poverhnostej razryva mezhdu fazami Variantnost i polnaya variantnost rassmatrivaemoj sistemy obuslovleny isklyuchitelno nalichiem poverhnostej esli rassmatrivat ravnovesie bez uchyota poverhnostnyh yavlenij s 0 displaystyle varsigma 0 to variantnost i polnaya variantnost sistemy ravny nulyu Dannyj podhod ostavlyaet otkrytym vopros o tom kak sovmestit predstavlenie o variantnosti sistemy chisle dopuskayushih izmenenie parametrov s trebovaniyami vypolneniya usloviya ravnovesnosti zapreshayushego vnutrennie processy v sisteme i usloviya izolirovannosti nakladyvayushego zapret na lyubye vneshnie vozdejstviya na sistemu Chastichno otkrytaya sistema Pod chastichno otkrytymi ponimayut sistemy u kotoryh ne vse komponenty prinimayut uchastie v materialnom obmene s okruzhayushej sredoj Dlya takih sistem provodyat razlichie mezhdu nepodvizhnymi inertnymi komponentami ne prinimayushimi uchastiya v materialnom obmene massa nepodvizhnogo komponenta v sisteme postoyanna i podvizhnymi komponentami massy kotoryh nepostoyanny iz za uchastiya etih komponentov v materialnom obmene s okruzhayushej sredoj Dlya chastichno otkrytoj sistemy usloviya postoyanstva mass nepodvizhnyh komponentov rassmatrivayut kak uravneniya svyazi nalagaemye na peremennye sistemy i vliyayushie na eyo variantnost i polnuyu variantnost no ne skazyvayushiesya na maksimalno vozmozhnom chisle faz kotoroe v chastichno otkrytyh sistemah ne zavisit ot stepeni materialnoj izolyacii sistemy t e ot chisla nepodvizhnyh komponentov i kotoroe vychislyayut po privedyonnoj vyshe formule Usloviya postoyanstva obyoma i ili entropii geterogennoj sistemy uchityvayut v tochnosti tak zhe kak i usloviya materialnoj izolyacii v privodimye nizhe vyrazheniya dlya vychisleniya variantnosti i polnoj variantnosti vmesto chisla nepodvizhnyh komponentov h displaystyle eta podstavlyayut znachenie h 2 displaystyle eta 2 pri postoyanstve obyoma i entropii ili h 1 displaystyle eta 1 pri postoyanstve odnoj ekstensivnoj peremennoj Dlya sistemy v kotoroj chislo nepodvizhnyh komponentov h displaystyle eta bolshe chisla faz f displaystyle f variantnost i polnaya variantnost ravnyifull i ϱ 2 h gt f displaystyle iota full iota varrho 2 eta gt f gde k displaystyle k chislo komponentov sistemy ϱ displaystyle varrho chislo podvizhnyh komponentov h ϱ k displaystyle eta varrho k Takim obrazom dlya rassmatrivaemoj sistemy usloviya materialnoj izolyacii obuslovlivayut umenshenie chisla stepenej svobody kotoroe ne zavisit ot chisla faz obrazovanie novoj fazy ne vliyaet na variantnost a ravenstvo variantnosti i polnoj variantnosti oznachaet nevozmozhnost fazovyh processov ne izmenyayushih sostavy faz Dlya sistemy v kotoroj chislo nepodvizhnyh komponentov menshe chisla faz variantnost ravnai 2 k f h lt f displaystyle iota 2 k f eta lt f t e v dannom sluchae usloviya materialnoj izolyacii ne nakladyvayut ogranichenij na sostav faz i ne sokrashayut chislo stepenej svobody po sravneniyu s otkrytoj sistemoj Polnaya variantnost rassmatrivaemoj sistemy ravna ifull 2 k h 2 ϱ displaystyle iota full 2 k eta 2 varrho Variantnost sistemy menshe eyo polnoj variantnosti poetomu v sisteme vozmozhny fazovye processy ne izmenyayushie sostav faz Dlya sistemy v kotoroj chislo nepodvizhnyh komponentov ravno chislu faz variantnost i polnaya variantnost ravnyifull i 2 k f 2 k h 2 ϱ displaystyle iota full iota 2 k f 2 k eta 2 varrho Takim obrazom dlya rassmatrivaemoj sistemy usloviya materialnoj izolyacii ne skazyvayutsya na variantnosti sistemy a ravenstvo variantnosti i polnoj variantnosti oznachaet nevozmozhnost fazovyh processov ne izmenyayushih sostavy faz Slozhnaya sistema K slozhnym sistemam obychno otnosyat dielektriki magnetiki sverhprovodniki poverhnosti razdela faz sistemy v pole tyagoteniya i v sostoyanii nevesomosti elektrohimicheskie sistemy Dlya takih sistem variantnost i polnuyu variantnost geterogennoj sistemy nahodyat po uravneniyu Gibbsa dlya variantnosti i uravneniyu Gibbsa dlya polnoj variantnosti zamenyaya v nih 2 displaystyle 2 chislo stepenej svobody sootvetstvuyushih davleniyu i temperature na znachenie uchityvayushee prirodu rassmatrivaemoj sistemy 1 displaystyle 1 dlya fotonnogo gaza 3 displaystyle 3 dlya geterogennoj sistemy v silovom pole elektricheskom magnitnom gravitacionnom ili centrobezhnom Maksimalno vozmozhnoe chislo faz v silovom pole dolzhno prevyshat znachenie davaemoe uravneniem Gibbsa dlya variantnosti v otsutstvie polya no eksperimentalnogo podtverzhdeniya etomu vyvodu poka net Pravilo faz dlya poverhnostnyh sloyov mezhdu sosushestvuyushimi fazami uchityvaet raznicu mezhdu ploskimi i iskrivlyonnymi poverhnostyami razdela Primer slozhnoj sistemy dvuhkomponentnye smesi Grafik temperatur kipeniya nekotoroj smesi dvuh ne obrazuyushih azeotropnuyu smes komponentov Privedyon primer linii izotermy dlya sravneniya sostavov para i zhidkosti pri etoj temperature V smesyah dvuh himicheski nevzaimodejstvuyushih komponentov k 2 displaystyle k 2 tak chto i 4 f displaystyle iota 4 f V dopolnenie k temperature i davleniyu drugoj stepenyu svobody yavlyaetsya himicheskij sostav kazhdoj fazy obychno vyrazhaemyj v vide molnoj doli ili massovoj doli odnogo iz komponentov Naprimer sistema dvuh zhidkostej smeshivayushihsya v proizvolnom sootnoshenii takih kak toluol i benzol ne obrazuyushih azeotropnuyu smes i nahodyashihsya v ravnovesii s eyo parom mozhet byt opisana diagrammoj temperatury kipeniya pokazyvayushuyu sostav dvuh ravnovesnyh faz v zavisimosti ot temperatury pri fiksirovannom davlenii Chetyre termodinamicheskie peremennye kotorye mogut opisyvat sistemu vklyuchayut temperaturu davlenie molnuyu dolyu komponenta 1 naprimer toluola v zhidkoj faze i molnuyu dolyu ego zhe v parovoj faze No tak kak v ravnovesii uchastvuyut dve fazy f 2 displaystyle f 2 tolko dve iz etih peremennyh mogut byt nezavisimymi i 2 displaystyle iota 2 Eto obuslovleno tem chto chetyre peremennye svyazany dvumya sootnosheniyami ravenstvom himicheskih potencialov zhidkogo toluola i parov toluola i analogichnym ravenstvom dlya benzola Dlya zadannyh temperature i davlenii dve fazy nahodyatsya v ravnovesii pri etom sostav fazy tochka sistemy nahoditsya mezhdu dvumya krivymi sm risunok Gorizontalnaya liniya izoterma ili svyazuyushaya liniya mozhet byt provedena cherez lyubuyu takuyu tochku sistemy i peresekaet krivuyu dlya kazhdoj fazy pri ee ravnovesnom sostave Matematicheskaya interpretaciya pravila fazMatematika pozvolyaet opisat yavleniya prirody na simvolicheskom yazyke razlichnymi sposobami Udachnaya interpretaciya pravila faz vozmozhna s pomoshyu teorii grafov Uravnenie Gibbsa dlya variantnosti mozhet byt naglyadno interpretirovano kak sootnoshenie mezhdu vershinami ryobrami granyami i obyomami nekoego grafa Klassifikaciya termodinamicheskih sistem po variantnostiV zavisimosti ot chisla stepenej svobody variantnosti razlichayut sistemy nonvariantnye bezvariantnye i 0 displaystyle iota 0 monovariantnye i 1 displaystyle iota 1 bivariantnye divariantnye i 2 displaystyle iota 2 i polivariantnye V nonvariantnyh sistemah s nulevoj polnoj variantnostyu fazovye reakcii perehody komponentov mezhdu fazami nevozmozhny Chislo faz takoj sisteme maksimalno V nonvariantnyh sistemah s otlichnoj ot nulya polnoj variantnostyu vozmozhno protekanie fazovyh reakcij bez narusheniya ravnovesiya sistemy Ispolzovanie pravila fazPrimenenie pravila faz ne trebuet konkretizacii perechnya komponentov sistemy dostatochno znat ih obshee chislo Pravilo faz osobenno polezno pri issledovanii geterogennyh sistem v chastnosti v metallovedenii metallurgii petrografii himicheskoj tehnologii poskolku yavlyaetsya teoreticheskoj osnovoj dlya analiza diagramm sostoyaniya lyuboj stepeni slozhnosti Pravilo faz pozvolyaet srazu zhe opredelit metriku takoj diagrammy poskolku minimalno vozmozhnaya variantnost sistemy ravna nulyu a minimalnoe chislo faz odna Tak dlya harakteristiki sostoyaniya odnokomponentnoj sistemy dve stepeni svobody neobhodimy dve peremennye P displaystyle P i T displaystyle T t e diagramma sostoyaniya odnokomponentnoj sistemy ploskaya Diagramma sostoyaniya dvuhkomponentnoj sistemy harakterizuetsya tremya parametrami P displaystyle P T displaystyle T i odna iz koncentracij Takaya diagramma obyomnaya dlya postroeniya eyo proekcii na ploskosti neobhodimo zafiksirovat odnu iz peremennyh Sootvetstvenno poluchaem tri tipa diagramm dvuhkomponentnyh sistem na ploskosti izotermu izobaru i izopiknu izodolyu Polnaya diagramma sostoyaniya tryohkomponentnoj sistemy trebuet dlya svoego opisaniya uzhe chetyryohmernogo prostranstva Obyomnuyu diagrammu v osnovanii kotoroj obychno lezhit treugolnik Gibbsa Rozeboma stroyat chashe vsego pri P const displaystyle P operatorname const ili T const displaystyle T operatorname const Mineralogicheskoe pravilo fazV Goldshmidt izuchaya skarny Yuzhnoj Norvegii obratil vnimanie na to chto nablyudaemye im paragenezisy mineralov byli tem pestree chem bolshe oni soderzhali komponentov Eto posluzhilo emu osnovaniem primenit pravilo faz Gibbsa i sformulirovat mineralogicheskoe pravilo faz 1911 Maksimalnoe chislo tvyordyh mineralov kotorye odnovremenno sovmestno ustojchivo sushestvuyut ravno chislu komponentov sostavlyayushih eti mineraly Gornye porody obrazuyutsya pri proizvolnyh znacheniyah temperatury i davleniya tak chto chislo stepenej svobody v uravnenii Gibbsa dlya variantnosti ne mozhet byt menshe dvuh Poetomu v usloviyah termodinamicheskogo ravnovesiya chislo mineralov faz slagayushih gornuyu porodu ne mozhet prevyshat chisla eyo komponentov obychno prostyh veshestv ili okislov f k displaystyle f leqslant k Mineralogicheskoe pravilo faz Goldshmidta D S Korzhinskij vvyol predstavlenie o nepodvizhnyh inertnyh i podvizhnyh komponentah i dal novuyu formulirovku mineralogicheskomu pravilu faz soglasno kotoroj podvizhnye komponenty na chislo faz ne vliyayut a chislo mineralov faz slagayushih gornuyu porodu ne mozhet prevyshat chisla eyo nepodvizhnyh inertnyh komponentov f h k ϱ displaystyle f leqslant eta k varrho Mineralogicheskoe pravilo faz Korzhinskogo Istoricheskaya spravkaPravilo faz vyvel Dzh Gibbs opublikovano v 1876 godu nazvanie pravilo faz predlozheno U Bankroftom Pravilo faz shiroko ispolzovali v konce XIX nachale XX veka Ya Vant Goff H Rozebom i ih ucheniki N S Kurnakov i ego shkola V Goldshmidt sformuliroval mineralogicheskoe pravilo faz 1911 a D S Korzhinskij dal emu novuyu formulirovku razdeliv komponenty geologicheskih sistem na inertnye v smysle transportnyh svojstv i vpolne podvizhnye t e sposobnye svobodno peremeshatsya cherez granicy sistemy A V Storonkin poluchil strogie formulirovki pravila faz dlya chastichno otkrytyh sistem Sm takzheRavnovesie faz Kriticheskaya tochka termodinamika Pravila Konovalova Pravilo Ostvalda Trojnaya tochka Fazovaya diagrammaKommentariiEsli dlya zadaniya termodinamicheskogo sostoyaniya fazy dostatochno intensivnyh peremennyh a znanie ekstensivnyh velichin massy fazy ili eyo obyoma ne trebuetsya to dlya zadaniya termodinamicheskogo sostoyaniya sistemy to est vsej sovokupnosti svojstv sistemy nedostatochno znaniya svojstv obrazuyushih etu sistemu faz v nabore nezavisimyh peremennyh dlya sistemy dolzhna byt predstavlena hotya by odna ekstensivnaya velichina naprimer obyom ili massa sistemy PrimechaniyaHimicheskaya enciklopediya t 5 1998 s 53 Pravilo tradicionno ispolzuemyj termin dlya sovershenno strogoj v ramkah sdelannyh pri vyvode dopushenij teoremy termodinamiki BSE 3 e izd t 27 1977 s 181 Karapetyanc M H Himicheskaya termodinamika 2013 s 122 Voronin G F Osnovy termodinamiki 1987 s 13 Zalevski K Fenomenologicheskaya i statisticheskaya termodinamika 1973 s 9 Gibbs Dzh V Termodinamicheskie raboty 1950 s 143 Voronin G F Osnovy termodinamiki 1987 s 15 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 109 Akopyan A A Himicheskaya termodinamika 1963 s 334 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 28 Polyachenok O G Polyachenok L D Fizicheskaya i kolloidnaya himiya 2008 s 62 63 Polyachenok O G Polyachenok L D Fizicheskaya i kolloidnaya himiya 2008 s 63 Prigozhin I Defej R Himicheskaya termodinamika 1966 s 179 Serafimov L A i dr Pravilo faz 2008 s 6 7 Rusanov A I Fazovye ravnovesiya i poverhnostnye yavleniya 1967 s 38 Holohonova L I Moldagulova N E Uchenie o fazovyh ravnovesiyah 2009 s 11 12 Serafimov L A i dr Pravilo faz 2008 s 18 19 Bulidorova G V i dr Fizicheskaya himiya 2012 s 222 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 118 119 125 Rusanov A I Fazovye ravnovesiya i poverhnostnye yavleniya 1967 s 38 43 Serafimov L A i dr Pravilo faz 2008 s 28 Serafimov L A i dr Pravilo faz 2008 s 20 Prigozhin I Defej R Himicheskaya termodinamika 1966 s 180 Evstratova K I i dr Fizicheskaya i kolloidnaya himiya 1990 s 120 Anosov V Ya Pogodin S A Osnovnye nachala fiziko himicheskogo analiza 1947 s 547 Zhuhovickij A A Shvarcman L A Fizicheskaya himiya 1987 s 164 Akopyan A A Himicheskaya termodinamika 1963 s 338 Zharikov V A Osnovy fizicheskoj geohimii 2005 s 53 Voronin G F Osnovy termodinamiki 1987 s 23 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 121 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 126 Rusanov A I Fazovye ravnovesiya i poverhnostnye yavleniya 1967 s 39 Serafimov L A i dr Pravilo faz 2008 s 24 Himicheskaya enciklopediya t 2 1990 s 160 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 122 Rusanov A I Fazovye ravnovesiya i poverhnostnye yavleniya 1967 s 43 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 128 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 128 129 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 122 123 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 125 127 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 125 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 124 Rusanov A I Fazovye ravnovesiya i poverhnostnye yavleniya 1967 s 439 Almaliev A N i dr Termodinamika i statisticheskaya fizika 2004 s 59 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 129 Serafimov L A i dr Pravilo faz 2008 s 33 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 129 131 Rusanov A I Fazovye ravnovesiya i poverhnostnye yavleniya 1967 s 34 43 Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem ch 1 2 1967 s 98 Serafimov L A i dr Pravilo faz 2008 s 11 Polyachenok O G Polyachenok L D Fizicheskaya i kolloidnaya himiya 2008 s 61 Polyachenok O G Polyachenok L D Fizicheskaya i kolloidnaya himiya 2008 s 64 Mineralogicheskoe pravilo faz Geologicheskij slovar Vserossijskij nauchno issledovatelskij geologicheskij institut imeni A P Karpinskogo VSEGEI neopr Data obrasheniya 31 maya 2015 Arhivirovano 27 sentyabrya 2020 goda Zharikov V A MarakushevA A Mineralogicheskoe pravilo faz BSE 3 e izd neopr Data obrasheniya 10 iyunya 2017 Arhivirovano iz originala 9 sentyabrya 2017 goda Zharikov V A Osnovy fizicheskoj geohimii 2005 s 62 63 Kipnis A Ya J W Gibbs and chemical thermodynamics 1991 p 499 LiteraturaAkopyan A A Himicheskaya termodinamika M Vysshaya shkola 1963 527 s Almaliev A N Kopytin I V Kornev A S Churakova T A Termodinamika i statisticheskaya fizika Statistika idealnogo gaza Voronezh Voron gos un t 2004 79 s Anosov V Ya Pogodin S A Osnovnye nachala fiziko himicheskogo analiza M Izd vo AN SSSR 1947 876 s Bolshaya Sovetskaya Enciklopediya Gl red A M Prohorov 3 e izd M Sovetskaya Enciklopediya 1977 T 27 Ulyanovsk Frankfort 622 s Bulidorova G V Galyametdinov Yu G Yaroshevskaya H M Barabanov V P Fizicheskaya himiya Kazan Izd vo Kazan nac issled tehnol un ta 2012 396 s ISBN 978 5 7882 1367 5 Voronin G F Osnovy termodinamiki M Izd vo Mosk un ta 1987 192 s Gibbs Dzh V Termodinamicheskie raboty Per s angl pod red prof V K Semenchenko M L Gostehteorizdat 1950 492 s Klassiki estestvoznaniya Gibbs Dzh V Termodinamika Statisticheskaya mehanika Otv red D N Zubarev M Nauka 1982 584 s Klassiki nauki Dreving V P Kalashnikov Ya A Pravilo faz s izlozheniem osnov termodinamiki 2 e izd pererab i dop M Izd vo Moskovskogo un ta 1964 456 s Evstratova K I Kupina N A Malahova E E Fizicheskaya i kolloidnaya himiya M Vysshaya shkola 1990 488 s ISBN 5 06 001018 X Zharikov V A Osnovy fizicheskoj geohimii M Nauka Izd vo MGU 2005 656 s Klassicheskij universitetskij uchebnik ISBN 5 211 04849 0 5 02 035302 7 Zhuhovickij A A Shvarcman L A Fizicheskaya himiya 4 e izd pererab i dop M Metallurgiya 1987 688 s Zalevski K Fenomenologicheskaya i statisticheskaya termodinamika Kratkij kurs lekcij Per s polsk pod red L A Serafimova M Mir 1973 168 s Karapetyanc M H Himicheskaya termodinamika M Librokom 2013 584 s ISBN 978 5 397 03700 6 Polyachenok O G Polyachenok L D Fizicheskaya i kolloidnaya himiya Mogilev Mogilev gos un t prodovolstviya 2008 196 s Prigozhin I Defej R Himicheskaya termodinamika Per s angl Novosibirsk Nauka 1966 506 s Rusanov A I Fazovye ravnovesiya i poverhnostnye yavleniya L Himiya 1967 388 s Serafimov L A Frolkova A K Hahin L A Pravilo faz M MITHT 2008 48 s Storonkin A V Termodinamika geterogennyh sistem Chasti 1 i 2 M Izd vo Leningr un ta 1967 448 s Himicheskaya enciklopediya Gl red I L Knunyanc M Sovetskaya enciklopediya 1990 T 2 Daffa reakciya Medi sulfat 672 s ISBN 5 85270 035 5 Himicheskaya enciklopediya Gl red I L Knunyanc M Bolshaya Rossijskaya enciklopediya 1992 T 3 Medi sulfidy Polimernye krasiteli 640 s ISBN 5 85270 039 8 Himicheskaya enciklopediya Gl red N S Zefirov M Bolshaya Rossijskaya enciklopediya 1998 T 5 Triptofan Yatrohimiya 783 s ISBN 5 85270 310 9 Holohonova L I Moldagulova N E Uchenie o fazovyh ravnovesiyah Kemerovo Kemer tehnol in t pish prom ti 2009 128 s Kipnis A Ya J W Gibbs and chemical thermodynamics angl Thermodynamics History and Philosophy Facts Trends Debates Editors K Martinas L Ropolyi amp P Szegedi World Scientific Publishing 1991 P 492 507 SsylkiPutlyaev V I Eremina E A Pravilo faz odnokomponentnye sistemy Arhivnaya kopiya ot 24 maya 2006 na Wayback Machine

NiNa.Az

NiNa.Az - Абсолютно бесплатная система, которая делится для вас информацией и контентом 24 часа в сутки.
Взгляните
Закрыто