10.7. ФАЗОВЫЕ ДИАГРАММЫ

Фаза• – гомогенная часть системы отделенная от

других частей поверхностью раздела и имеющая во всех точках одинаковые химические и физические свойства.

• 1) 5 кусков льда в воде, 20 пузырьков газа в жидкости – сколько фаз?

• 2) на дне стакана с водой сахарный песок, есть градиент концентрации сахара в растворе – сколько фаз?

Правило фазС = K + N – Ф

• С – число степеней свободы – число независимых параметров системы, которые можно изменять произвольно в некотором интервале, не меняя числа и вида фаз.

• Ф – число фаз в системе• N – число независимых параметров

pV = RT сколько независимых параметров для 1 моль вещества?р, Т независимы V = RT/p зависим

С = K + N – Ф• К – число независимых компонентов• Компонент – вещество, которое может

быть выделено из системы. • Независимые компоненты – вещества,

концентрации которых в системе могут быть изменены произвольно.

• Число независимых компонентов в системе – число компонентов минус число уравнений реакций, связывающих их.

SO2 + NO2 SO3 + NO

Фазовая диаграмма• – график, изображающий области существования

фаз в координатах независимых параметров (например, р – Т, С – Т).

• Если независимых параметров 2 (р, Т), то С = К + 2 – Ф.

S

Фазовая диаграмма серы

С = К + 2 – Ф С = 3 – Ф

Области существования фаз

В каждой областиС = 3 – 1 = 2дивариантное равновесие

Зависимость р насыщенного пара

жидкости от Т (Т кип от р)

Сосуществование 2 фаз

В каждой областиС = 3 – 2 = 1моновариантное равновесие

Sромб Sгаз

Сосуществование 3 фаз

В каждой точкеС = 3 – 3 = 0нонвариантное равновесие

Sж Sмон Sгаз

Число степеней свободы

УравнениеКлаузиуса –Клапейрона

Привязка к давлению

1 атм

Привязка к температурам

1 атм

95о 119о 444о

Закон Рауля и его следствияр Т

1 атм

Н2О

Тзам Тзам 0 Ткип 0 Ткип

Фазовые диаграммы двухкомпонентных систем (Т – С).

Соответствие состав – свойства

мех.смесь соед. неогр.р-мость огр.р-мость

тв

жтв + ж

Т

С

С

свойство

Фазовая диаграмма двухкомпонентной системы

(участок жидкость – пар)

Азеотропы

Диаграмма (не фазовая )

Фазовая диаграмма СО2р Т

1 атм

-79о

6 атм

25о0о

0dT

dP

Фазовая диаграмма Н2Ор Т

1 атм

0о 100о

0dT

dP

0dT

dP

Механическая смесьМеханическая смесь (Pb – Sb) (Pb – Sb)Т, oC

%Sb

Pb Sb

0 50 100

630

327

246

эвтектика

ж.ж.

ж. + тв.ж. + тв.SbSbж. + тв.ж. + тв.PbPb

тв.эвт. + тв.тв.эвт. + тв.SbSbтв.эвт.тв.эвт. + +

тв.тв.PbPb

Система с химическим Система с химическим соединением (соединением (Mg – Pb)Mg – Pb)

Т, oC

%Pb

Mg Pb

0 50 100

327

650

250

460

33Mg2Pb

эвт.1 эвт.2

ж.ж.

ж. + ж. + тв.тв.MgMg22PbPb

ж. +ж. + тв.тв.PbPb

ж. + тв.ж. + тв.MgMg22PbPbж. +ж. + тв.тв.MgMg

тв.эвт.2 +тв.эвт.2 + тв.тв.PbPb

тв.эвт.2 +тв.эвт.2 + тв.тв.MgMg22PbPb

Система с неограниченной Система с неограниченной растворимостью (растворимостью (Ag – Au)Ag – Au)

Т, oC

%Au

Ag Au

0 100

1063

961

ж.ж.

тв.р-ртв.р-р

ж. + тв.р-рж. + тв.р-р

Система с ограниченной Система с ограниченной растворимостью (растворимостью (Pb – Sn)Pb – Sn)Т, oC

%Sn

Pb Sn

0 50 100

232

327

183

ж.ж.

ж. + тв.р-рж. + тв.р-р11 ж. + ж. + тв.р-ртв.р-р22

эвт. + тв.р-рэвт. + тв.р-р11 эвт. + тв.р-р2эвт. + тв.р-р2

тв.р-р2 (тв.р-р2 (Pb Pb в в Sn)Sn)

тв.р-ртв.р-р11 ( (Sn Sn в в Pb)Pb)