Равновесие трёх фаз — справочник студента

Компонент – химически однородная составная часть системы, которая может быть выделена из системы и существовать вне ее. Число независимых компонентов системы равно числу компонентов минус число возможных химических реакций между ними.

  • Число степеней свободы – число параметров состояния системы, которые могут быть одновременно произвольно изменены в некоторых пределах без изменения числа и природы фаз в системе.
  • Правило фаз Дж. Гиббса:
  • Число степеней свободы равновесной термодинамической системы С равно числу независимых компонентов системы К минус число фаз Ф плюс число внешних факторов, влияющих на равновесие: С = К – Ф + n.
  • Для системы, на которую из внешних факторов влияют только температура и давление, можно записать: С = К – Ф + 2.
  • Принцип непрерывности – при непрерывном изменении параметров состояния все свойства отдельных фаз изменяются также непрерывно; свойства системы в целом изменяются непрерывно до тех пор, пока не изменится число или природа фаз в системе, что приводит к скачкообразному изменению свойств системы.

Согласно принципу соответствия, на диаграмме состояния системы каждой фазе соответствует часть плоскости – поле фазы. Линии пересечения плоскостей отвечают равновесию между двумя фазами. Всякая точка на диаграмме состояния (т. н. фигуративная точка) отвечает некоторому состоянию системы с определенными значениями параметров состояния.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

К = 1. В системе возможны три фазовых равновесия: между жидкостью и газом (линия ОА), твердым телом и газом (линия ОВ), твердым телом и жидкостью (линия OC).

Три кривые имеют точку пересечения О, называемую тройной точкой воды,  – отвечают равновесию между тремя фазами и С = 0; три фазы могут находиться в равновесии лишь при строго определенных значениях температуры и давления (для воды тройная точка отвечает состоянию с Р = 6,1 кПа и Т = 273,16 К).

Равновесие трёх фаз - Справочник студентаВнутри каждой из областей диаграммы (АОВ, ВOC, АOC) система однофазна; С = 2 (система бивариантна).

На каждой из линий число фаз в системе равно двум, и, согласно правилу фаз, система моновариантна: С = 1 – 2 + 2 = 1, т. е. для каждого значения температуры имеется только одно значение давления.

Влияние давления на температуру фазового перехода описывает уравнение Кла-узиуса – Клапейрона:

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

V 2, V1 – изменение молярного объема вещества при фазовом переходе.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Мезомерный эффект фенильной группы и галогенов - справочник студента

Оценим за полчаса!

Кривая равновесия «твердое вещество – жидкость» на диаграмме состояния воды наклонена влево, а на диаграммах состояния остальных веществ – вправо, т. к. плотность воды больше, чем плотность льда, т. е. плавление сопровождается уменьшением объема (AV < 0).

В этом случае увеличение давления будет понижать температуру фазового перехода «твердое тело – жидкость» (вода – аномальное вещество). Для всех остальных веществ (т. н.

нормальные вещества) ΔVпл > 0 и, согласно уравнению Клаузиуса-Клапейрона, увеличение давления приводит к повышению температуры плавления.

  1. Раствор – гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой может непрерывно изменяться в некоторых пределах без скачкообразного изменения ее свойств.
  2. Диффузия в растворах
  3. Диффузия – самопроизвольный процесс выравнивания концентрации вещества в растворе за счет теплового движения его молекул или атомов.
  4. Закон Фика: количество вещества, диффундирующее за единицу времени через единицу площади поверхности пропорционально градиенту его концентрации:

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

где j – диффузионный поток; D – коэффициент диффузии.

Уравнение Эйнштейна-Смолуховского:

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

  • где η – вязкость среды; R – радиус диффундирующих частиц.
  • Закон Дальтона: общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений всех входящих в нее газов:
  • Закон Генри-Дальтона: растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью: Ci = kpi, где Ci – концентрация раствора газа в жидкости; k – коэффициент пропорциональности, зависящий от природы газа.
  • Как правило, при растворении газа в жидкости выделяется теплота (к < 0), поэтому с повышением температуры растворимость уменьшается.
  • Формула Сеченова:
  • где X и Х0 – растворимость газа в чистом растворителе и растворе электролита с концентрацией С.
  • Коллигативными (коллективными) называются свойства растворов относительно свойств растворителя, зависящие главным образом от числа растворенных частиц.

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным. Давление такого пара р0 называется давлением или упругостью насыщенного пара чистого растворителя.

Первый закон Рауля. Парциальное давление насыщенного пара компонента раствора прямо пропорционально его мольной доле в растворе, причем коэффициент пропорциональности равен давлению насыщенного пара над чистым компонентом:

Для бинарного раствора, состоящего из компонентов А и В: относительное понижение давления пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества и не зависит от природы растворенного вещества:Равновесие трёх фаз - Справочник студентаРастворы, для которых выполняется закон Рауля, называют идеальными растворами. Если компоненты бинарного (состоящего из двух компонентов) раствора летучи, то пар над раствором будет содержать оба компонента. Общее Состав, мол. доли в (хв) давление пара: Если молекулы данного компонента взаимодействуют друг с другом сильнее, чем с молекулами другого компонента, то истинные парциальные давления паров над смесью будут больше, чем вычисленные по первому закону Рауля (положительные отклонения, ΔН тв > 0). Если же однородные частицы взаимодействуют друг с другом слабее, чем разнородные, парциальные давления паров компонентов будут меньше вычисленных (отрицательные отклонения, ΔH раств < 0).

Второй закон Рауля. Понижение температуры замерзания раствора ΔТзам прямо пропорционально моляльной концентрации раствора: ΔTзам= Т0 – Т = КСm, где Т0 – температура замерзания чистого растворителя; Т – температура замерзания раствора; К – криоскопическая постоянная растворителя, град/кг моль,

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

  1. Т02 – температура замерзания растворителя; М – молекулярная масса растворителя, ΔНпл – мольная теплота плавления растворителя.
  2. Температура кипения – температура, при которой давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению.
  3. Повышение температуры кипения растворов нелетучих веществ ΔТК = Тк – Тк0 пропорционально понижению давления насыщенного пара и прямо пропорционально моляльной концентрации раствора: ΔТкип = ЕСm, где Е – эбулиоскопическая постоянная растворителя, град/кг • моль,

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

  • Осмос – преимущественно одностороннее прохождение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор или молекул растворителя из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией.
  • Давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы предотвратить перемещение растворителя в раствор через мембрану, разделяющую раствор и чистый растворитель, численно равно осмотическому давлению π (Па).
  • Принцип Вант-Гоффа: осмотическое давление идеального раствора равно тому давлению, которое оказывало бы растворенное вещество, если бы оно, находясь в газообразном состоянии при той же температуре, занимало бы тот же объем, который занимает раствор: π = CRT.
  • Изотонические растворы – два раствора с одинаковым осмотическим давлением (π1 = π2).
  • Гипертонический раствор – раствор, осмотическое давление которого больше, чем у другого (π1 > π2).
  • Гипотонический раствор – раствор, осмотическое давление которого меньше, чем у другого (π1 < π2).
  • Степень диссоциации α – отношение числа молекул n, распавшихся на ионы, к общему числу молекул N:
  • Изотонический коэффициент i Ван-Гоффа – отношение фактического числа частиц в растворе электролита к числу частиц этого раствора без учета диссоциации.
  • Если из N молекул продиссоциировало n, причем каждая молекула распалась на ν ионов, то

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

Для неэлектролитов i = 1.

Для электролитов 1 < ≤ ν.

Равновесие трёх фаз - Справочник студента 1. Электролиты в растворах распадаются на ионы – диссоциируют.2. Диссоциация является обратимым равновесным процессом.3. Силы взаимодействия ионов с молекулами растворителя и друг с другом малы (т. е. растворы являются идеальными).Диссоциация электролитов в растворе происходит под действием полярных молекул растворителя; наличие ионов в растворе предопределяет его электропроводность.

По величине степени диссоциации электролиты подразделяются на три группы: сильные (α ≥ 0,7), средней силы (0,3

Источник: http://uhimik.ru/spravochnik-studenta-tekst-predostavlen-izd-vom-sbornik-osnovn/index7.html

Метод расчета фазовых состояний углеводородных систем. Константы равновесия. Вывод уравнения равновесия фаз. Решение уравнений фазового равновесия

Наибольшее распространение как у нас, так и за рубежом получил метод определения констант равновесия по атласу NGAA, выпущенному американской ассоциацией газобензинового производства. Атлас содержит константы равновесия от метана до декана включительно, а также азота и углекислоты.

Константа равновесия при данном давлении схождения определяется по атласу, исходя из данных значения давления и температуры. При расчетах на ЭВМ использования графиков констант равновесия затруднительно, т.к. приходится многократно снимать с графиков значения констант и вводить их в память ЭВМ.

В связи с этим атласа NGAA переведены в таблицы:

Рекомендации по автоматизации выбора констант равновесия углеводородных систем на ЭВМ. Таблицы констант равновесия. ВНИИ газ, Москва, 1972 г. Частично атлас констант равновесия представлен в справочнике: Катц, «Добыча и транспорт газа».

  • Уравнения равновесия фаз.
  • Для расчетов нужны следующие исходные данные:
  • — начальное давление пласта
  • — начальная температура пласта
  • — состав углеводородной системы
  • — константы равновесия отдельных составляющих компонентов, К=y/x, где
  • y-молярная доля компонента в газовой фазе,
  • x-молярная доля компонента в жидкой фазе, находящейся в равновесии с газовой фазой.

Каждому компоненту смеси при данных температуре и давлении соответствуют свои константы равновесия. Определяются они экспериментальным путем. Зависимости константы равновесия выражаются через приведенные параметры:

, , Равновесие трёх фаз - Справочник студента .

В случае многокомпонентной смеси критическое давление называют давлением схождения. Так как в критической и закритической области нет различия между жидкостью и паром (газом), то для смеси:

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

Давление схождения соответствует определенному составу смеси и является числовой характеристикой состава.

Атлас констант составлен для широких пределов изменения Рсх.

Для многокомпонентной смеси составляется уравнение фазовых концентраций. N – масса всех компонентов в некотором объеме V. NГ – масса компонентов в газе, Nж – масса компонентов в жидкости N = NГ +NЖ.

  1. Если разделить на сумму молекулярных масс всех компонентов, содержащихся в объеме V, получим nМ = nМГ + nМЖ – число молей компонентов, газовой и жидкой фазе.
  2. Молярная доля компонентов в газе «yi» и в жидкости «xi»:
  3. Равновесие трёх фаз - Справочник студента Равновесие трёх фаз - Справочник студента
  4. NГi – масса i-го компонента в газовой фазе
  5. Nжi – масса i-го компонента в жидкой фазе
  6. Mi – молекулярная масса i-го компонента
  7. Молярная доля i-го компонента в объеме в целом выражается:

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

Ni – масса i-го компонента в объеме V.

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

  • Обозначим:
  • nМГ/nМ = Y – мольная доля всех компонентов в газовой фазе.
  • nМЖ/nМ = X – мольная доля всех компонентов в жидкой фазе
  • Учитывая yi = Kixi? 1=X+Y, подставим в равенство (*)

Равновесие трёх фаз - Справочник студента Равновесие трёх фаз - Справочник студента

При определении фазового состояния могут решаться различные задачи.

Например, даны: νi (состав), P,T,Y → тогда определяют xi и yi из ур-ий концентраций. Чаще возникает задача отыскания Y,X по известному составу νi , P,T. Тогда используется равенство . Уравнение решается итерационным методом. Исходное уравнение решается в виде: .

Очевидно, что при Y=0 f(Y)=0.

Максимальное значение доли газовой фазы Y=1. следовательно решение отыскивается в интервале 0

Источник: https://cyberpedia.su/10x6cdc.html

Фазовое равновесие

АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ

Фазовое равновесие, сосуществование термодинамически равновесных фаз гетерогенной системы. Является одним из основных случаев термодинамического равновесия и включает в себя условия равенства т-ры всех частей системы (термич. равновесие), равенства давления во всем объеме системы (мех. равновесие) и равенство хим.

Читайте также:  Учет собственных акций долей, выкупленных обществом - справочник студента

потенциалов каждого компонента во всех фазах системы, что обеспечивает равновесное распределение компонентов между фазами. Число фаз f, находящихся одновременно в равновесии, связано с числом компонентов k, числом n независимых параметров, определяющих состояние системы (обычно, когда учитывается только влияние т-ры и давления, n = 2), и числом термодинамич.

степеней свободы v ур-нием: v = k + 2 — f (см. Фаз правило).

В общем виде условие фазового равновесия, согласно принципу равновесия Гиббса, сводится к максимуму энтропии S системы при постоянстве внутр. энергии U, общего объема V и числа молей каждого компонента ni-.

Этот принцип можно выразить также как условие минимума любого из термодинамич. потенциалов: внутр.

энергии U, энтальпии H, энергии Гиббса G, энергии Гельмгольца А при условии постоянства соответствующих параметров состояния, включая число молей каждого компонента.

Фазовые равновесия могут быть стабильными и метастабильными. Те и другие являются локально устойчивыми, т. е. устойчивыми по отношению к малым возмущениям параметров состояния -т-ры, давления, состава (концентраций компонентов).

Мета-стабильные фазовые равновесия отличаются тем, что они неустойчивы к нек-рым конечным изменениям этих параметров, ведущим, в частности, к переходу к другим фазам. Напр., пересыщенный р-р или переохлажденный расплав неустойчивы по отношению к кристаллич. фазе.

Поскольку метастабильное состояние системы локально устойчиво, переход к стабильному состоянию требует преодоления нек-рого активационного барьера и протекания процесса зародышеобразования (см. Зарождение новой фазы).

Следует отметить нек-рые особенности метастабильных фаз: при одной и той же т-ре давление пара выше над метастабильной фазой, чем над стабильной; при одном и том же давлении т-ра плавления метастабильной фазы ниже, чем стабильной; растворимость метастабильной фазы при постоянных давлении и т-ре выше, чем стабильной. Последнее справедливо как для жидких, так и для твердых р-ров.

Критерий достижения фазового равновесия. Наиб. общий критерий достижения фазового равновесия — сходимость значений CB-B системы при их измерении, если подходить к состоянию фазового равновесия сверху (со стороны более высоких т-р) и снизу (со стороны низких т-р).

Достижение фазового равновесия или хотя бы приближение к нему — важнейший вопрос при изучении диаграмм состояния, В т. ч. диаграмм растворимости, диаграмм плавкости, диаграмм давления пара, а также в физико-химическом анализе. При исследовании р-римости для достижения фазового равновесия применяют длительную (от неск. часов до неск.

месяцев) выдержку образца с перемешиванием в термостате. В случае образования в системе твердых р-ров рекомендуется подход к равновесию сверху, от более высоких т-р, сочетающий быстрое охлаждение с целью получения мелких кристаллов и интенсивное перемешивание.

При исследовании систем методом термического анализа обычно используют образцы, полученные сплавлением компонентов с последующим медленным охлаждением. В случае образования в системе твердых р-ров и инконгруэнтно плавящихся фаз, а также фаз, разлагающихся в твердом состоянии, требуется проведение предварит.

отжига образца при фиксированной т-ре — от неск. часов до неск. месяцев. Для ускорения отжига сплавленных образцов рекомендуется предварит. быстрое охлаждение расплава.

При изучении твердых тел, состоящих из тугоплавких или разлагающихся при высоких т-рах компонентов, применяют такие методы подготовки образцов, как прессование таблеток смесей перед отжигом и промежут. перетирание смесей при отжиге, отжиг смесей солей или гелей, осажденных из водных или других р-ров и т. п.

Типы фазовых равновесий.

В однокомпонентной системе (при наличии полиморфных превращений) возможны 4 вида двухфазных равновесий: жидкость — пар, кристалл — пар, кристалл — жидкость и кристалл — кристалл; 4 вида трехфазных равновесий: кристалл — жидкость — пар, кристалл — кристалл — жидкость, кристалл — кристалл — пар и кристалл — кристалл — кристалл; при этом не учитывается возможность образования жидких кристаллов. В двойных системах (компоненты А и В) возможны те же виды двухфазных равновесий, но число возможных видов трехфазных равновесий достигает 26 вследствие того, что играет роль не только природа сосуществующих фаз (их агрегатное состояние), но и взаимное расположение фазовых полей на диаграмме состояния в координатах т-ра -состав (давление предполагается постоянным). Все эти фазовые равновесия делятся на два типа: эвтектич. фазовые равновесия, при к-рых из трех одновременно участвующих в равновесии фаз при понижении т-ры одна испытывает превращение, а две другие при этом образуются, и перитектич. фазовые равновесия, когда две фазы взаимодействуют (превращаются), при этом образуется третья фаза. В простейшем случае, если на основе компонентов А и В возможно образование жидкого р-ра L и двух твердых р-ров a и b, звтектич. и перитектич. Фазовое равновесие можно записать соотв. в виде р-ций:

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

Поскольку в двойной системе состояние трехфазного равновесия является нонвариантным, эвтектич. и перитектич. р-ции происходят при постоянной т-ре, называемой соотв. эвтектической или перитектической, т. е. на диаграмме состояния этим равновесиям отвечают горизонтали.

В случае, если в определенной области т-р и составов все три равновесно сосуществующие фазы являются твердыми (у одного из компонентов существуют полиморфные модификации с образованием твердого р-ра g), возможны трехфазные равновесия, наз. эвтектоидными и перитектоид-ными. Их можно представить соотв. р-циями, аналогично эвтектич. и перитектич. фазовым равновесиям:

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

При наличии в нек-ром температурно-концентрационном интервале двух жидких фаз L1 и L2 и одной твердой (напр., а) возможны трехфазные равновесия, наз. монотектиче-ское и синтектическое:

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

Нек-рые виды трехфазных равновесий, напр. те, при к-рых образуется жидкость в результате взаимод. двух кристаллич. фаз при понижении т-ры, теоретически возможны, но реально, по-видимому, не наблюдаются. При переходе к тройным и более сложным системам число видов многофазных фазовых равновесий возрастает еще больше (см. Тройная точка).

Распределение компонентов между фазами системы при фазовом равновесии описывается законом распределения, устанавливающим, что отношение термодинамич. активностей примеси в двух фазах при фазовом равновесии является постоянной величиной.

В первом приближении активности компонентов можно заменить их концентрациями. Одним из условий выполнимости закона распределения в-ва между фазами является одинаковость мол. состояния растворенного в-ва в обеих фазах, т. е. отсутствие ассоциации молекул.

Замена активностей на концентрации допустима, если коэф. активности компонента в обеих фазах не зависят от концентрации, т. е. для идеальных р-ров (это условие обычно выполняется для очень разб. р-ров, в случае микроконцентраций). Отношение активностей компонентов наз.

коэффициентом распределения или коэф. относит. летучести и т. п.

Частные случаи закона распределения — правила и законы, выражающие равновесное распределение в-ва в двухфазных системах. Напр., для расчета равновесия жидкости и пара пользуются законами Рауля и Генри, первым — для в-ва, находящегося в избытке, вторым — для в-ва, являющегося примесью (см. Генри закон, Рауля закон).

Распределение растворенного в-ва между двумя несмешивающимися жидкостями при постоянной т-ре характеризуется тем, что отношение его концентраций в этих двух фазах сохраняется постоянным (закон Бертло — Нернста). Распределение примеси между жидкой и твердой кристаллич.

фазой описывается распределениями Хлопина (равновесия) и Дёрнера -Хоскинса (см. Соосаждение).

Законы распределения являются основой разнообразных гетерогенных методов очистки (разделения), хотя само фазовое равновесие в процессе проведения этих методов очистки достигается далеко не всегда, а иногда сама возможность очистки обусловлена отсутствием фазового равновесия (см. Кристаллизационные методы разделения смесей, Ректификация, Экстракция жидкостная).

Лит.: Райнз Ф., Диаграммы фазового равновесия в металлургии, пер. с англ., M., 1960; Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1-2, Л., 1967; Гиб б с Дж. В., Термодинамика. Статистическая механика, пер. с англ., 3 изд., M., 1982; Уэйлес С., Фазовые равновесия в химической технологии, пер. с англ., ч. 1-2, M., 1989. П. И. Федоров.

АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ Равновесие трёх фаз - Справочник студента

Источник: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4690.html

Фазовые равновесия — Коллоидная химия — Конспект лекций

Вещество при изменении давления и температуры может переходить из одного агрегатного состояния в другое. Эти переходы, совершающиеся при постоянной температуре, называют фазовыми переходами первого рода.

Количество теплоты, которое вещество получает из окружающей среды либо отдает окружающей среде при фазовом переходе, есть скрытая теплота фазового перехода λфп. Если рассматривается гетерогенная система, в которой нет химических взаимодействий, а возможны лишь фазовые переходы, то при постоянстве температуры и давления в системе существует т.н.

фазовое равновесие. Фазовое равновесие характеризуется некоторым числом фаз, компонентов и числом степеней термодинамической свободы системы.

Компонент – химически однородная составная часть системы, которая может быть выделена из системы и существовать вне её.

Число независимых компонентов системы равно числу компонентов минус число возможных химических реакций между ними.

Число степеней свободы – число параметров состояния системы, которые могут быть одновременно произвольно изменены в некоторых пределах без изменения числа и природы фаз в системе.

  • Число степеней свободы гетерогенной термодинамической системы, находящейся в состоянии фазового равновесия, определяется правилом фаз, сформулированным Дж. Гиббсом:
  • Число степеней свободы равновесной термодинамической системы С равно числу независимых компонентов системы К минус число фаз Ф плюс число внешних факторов, влияющих на равновесие.
  • Для системы, на которую из внешних факторов влияют только температура и давление, можно записать:
  • С = КФ + 2             (I.108)

Системы принято классифицировать по числу компонентов (одно-, двухкомпонентные и т.д.), по числу фаз (одно-, двухфазные и т.д.) и числу степеней свободы (инвариантные, моно-, дивариантные и т.д.). Для систем с фазовыми переходами обычно рассматривают графическую зависимость состояния системы от внешних условий – т.н. диаграммы состояния.

Анализ диаграмм состояния позволяет определить число фаз в системе, границы их существования, характер взаимодействия компонентов. В основе анализа диаграмм состояния лежат два принципа: принцип непрерывности и принцип соответствия.

Согласно принципу непрерывности, при непрерывном изменении параметров состояния все свойства отдельных фаз изменяются также непрерывно; свойства системы в целом изменяются непрерывно до тех пор, пока не изменится число или природа фаз в системе, что приводит к скачкообразному изменению свойств системы. Согласно принципу соответствия, на диаграмме состояния системы каждой фазе соответствует часть плоскости – поле фазы. Линии пересечения плоскостей отвечают равновесию между двумя фазами. Всякая точка на диаграмме состояния (т. н. фигуративная точка) отвечает некоторому состоянию системы с определенными значениями параметров состояния.

Рассмотрим и проанализируем диаграмму состояния воды (рис.1.4). Поскольку вода – единственное присутствующее в системе вещество, число независимых компонентов К = 1.

В системе возможны три фазовых равновесия: между жидкостью и газом (линия ОА – зависимость давления насыщенного пара воды от температуры), твердым телом и газом (линия ОВ – зависимость давления насыщенного пара надо льдом от температуры), твердым телом и жидкостью (линия ОС – зависимость температуры плавления льда от давления). Три кривые имеют точку пересечения О, называемую тройной точкой воды; тройная точка отвечает равновесию между тремя фазами.

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

Рис. 1.4. Диаграмма состояния воды

 В тройной точке система трехфазна и число степеней свободы равно нулю; три фазы могут находиться в равновесии лишь при строго определенных значениях температуры и давления (для воды тройная точка отвечает состоянию с Р = 6.1 кПа и Т = 273.16 К).

Кривая ОВ теоретически продолжается до абсолютного нуля, а кривая давления насыщенного пара над жидкостью ОА заканчивается в критической точке воды (Tкр = 607.46 К, Ркр = 19.

5 МПа); выше критической температуры газ и жидкость не могут существовать как отдельные фазы.

Кривая ОС в верхней части (при высоких давлениях) изменяет свой наклон (появляются новые кристаллические фазы, плотность которых, в отличие от обычного льда, выше, чем у воды).

Внутри каждой из областей диаграммы (АОВ, ВОС, АОС) система однофазна; число степеней свободы системы равно двум (система дивариантна), т.е. можно одновременно изменять и температуру, и давление, не вызывая изменения числа фаз в системе:

С = 1 – 1 + 2 = 2

На каждой из линий число фаз в системе равно двум и, согласно правилу фаз, система моновариантна, т.е. для каждого значения температуры имеется только одно значение давления, при котором система двухфазна:

С = 1 – 2 + 2 = 1

Влияние давления на температуру фазового перехода описывает уравнение КлаузиусаКлапейрона:

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

Здесь ΔVфп = V2 – V1 есть изменение молярного объема вещества при фазовом переходе (причем V2 относится к состоянию, переход в которое сопровождается поглощением теплоты). Уравнение Клаузиуса – Клапейрона позволяет объяснить наклон кривых равновесия на диаграмме состояния однокомпонентной системы.

Для переходов «жидкость – пар» и «твердое вещество – пар» ΔV всегда больше нуля; поэтому кривые на диаграмме состояния, отвечающие этим равновесиям, всегда наклонены вправо (повышение температуры всегда увеличивает давление насыщенного пара).

Поскольку молярный объем газа много больше молярного объема того же вещества в жидком или твердом агрегатном состояниях (Vг >> Vж,  Vг >> Vт), уравнение (I.109) для частных случаев испарения и возгонки примет следующий вид:

          (I.110)

Для многих веществ скрытая теплота парообразования или возгонки постоянна в большом интервале температур; в этом случае уравнение (I.110) можно проинтегрировать:

Равновесие трёх фаз - Справочник студента

Кривая равновесия «твердое вещество – жидкость» на диаграммах состояния воды и висмута наклонена влево, а на диаграммах состояния остальных веществ – вправо.

Это связано с тем, что плотность воды больше, чем плотность льда (и плотность жидкого висмута больше его плотности в твердом состоянии), т.е.

плавление сопровождается уменьшением объема (ΔV  0 и, согласно уравнению Клаузиуса – Клапейрона, увеличение давления приводит к повышению температуры плавления.

Источник: https://students-library.com/library/read/84021-fazovye-ravnovesia

ПОИСК

    Условие механического равновесия линии трехфазного контакта может быть получено путем введения х в уравнение механического равновесия трехфазной системы. Для этого рассмотрим, как учет избытка х/ отразится на правиле Неймана [см. рис. 23 в гл. 4 и формулу (4.19)]  [c.

251]

    Таким образом, теория механического равновесия трехфазного контакта с учетом х получила разнообразное экспериментальное подтверждение в наиболее удобном для экспериментирования случае ньютоновская пленка/объемная жидкость/воздух, когда трехфазный контакт предельно равновесен, т. е.

гистерезис отсутствует. [c.267]

    В согласии с принципом соответствия однофазному состоянию двойной системы на диаграмме плавкости отвечает поле, двухфазному — линия моновариантных равновесий, трехфазному — нонвариантная точка. При однофазном состоянии (дивариантное равновесие) одновременно могут изменяться температура и состав системы без изменения числа и природы фаз. [c.215]

    Процесс испарения будет итти с повышением температуры до тех пор, пока фигуративные точки остатка и равновесного ему пара не придут соответственно в Л и и составы фаз не приобретут значений х У1 уе.

Читайте также:  Анализ документации в психологии - справочник студента

Как только это состояние системы будет достигнуто, темпера ура перегонки станет равной температуре равновесия трехфазной системы, и, действительно, в этой точке появляется первая микроскопическая капля второй жидкой фазы В состава хв. [c.59]

    В конденсаторе происходит полная конденсация верхних паров обеих колонн за счет их смешения с холодной начальной смесью и образуется гетерогенный в жидкой фазе конденсат, при температуре более низкой, чем эвтектическая температура равновесия трехфазной жидкопаровой системы. Конденсат поступает в отстойник, где разделяется на два жидких слоя, которые непрерывно направляются в соответствующие отгонные колонны, с низа которых отходят практически чистые компоненты айда. [c.71]

    ДО полного совпадения, приближается к концентрации а состав паровой фазы прпбли/кается к концентрации г/е- Как только эти концентрации достигаются, температура перегонки становится равной температуре равновесия трехфазной системы и, действительно, в этой точке появляется первая капля второго жидкого слоя В с концентрацией х . [c.127]

    Равновесие трехфазных смесей (пар — жидкость — твердое вещество) диоксида углерода с углеводородами было точно предсказано Соавом [652] с использованием варианта уравнения состояния Редлиха — Квонга. Параметры бинарного взаимодействия были вьшедены из результатов измерения равновесия смесей диоксида углерода с индивидуальными углеводородами. [c.411]

    Случай капли, лежащей между жидкими фазами, ые только более общий, ио и в известном смысле проще случая капли па твердой подложке. Дело в ЮМ, что для границы раздела с твердым Телом ввиду его недеформи-руемостп понятия натяжения и избыточной энергии не совпадают и натяжения, использованные в балансе сил, составляют лишь часть избыточных поверхностных энергий.

Не вникая в детали этого сложного вопроса, отметим лишь, что разность между натяжениями вдоль покрытой и непокрытой каплей твердой поверхности совпадает с разностью соответствующих поверхностных избытков энергии. А так как только.эти разности фигурируют в формулах для равновесия трехфазных контактов, то сделанные выше выводы остаются верными. [c.

254]

    При положительном и условия механического равновесия трехфазной границы раздела указывают на то, что линейное натяжение будет препятствовать образованию контакта между фазами. По силе, необходимой для преодоления этого препятствия, можно судить о величине х, на чем основаны методы критического шарика или пузырька. [c.262]

    Угол смачивания 0, который устанавливается при равновесии трехфазной системы (твердое тело — жидкость — газ), зависит только от поверхностного натяжения на границах раздела фаз.

Если рассматривать поверхностное натяжение как силу, действующую т гменциально к поверхности раздела фаз, то связь между углом ачивания и поверхностными натяжениями можно выразить уравнением Юнга.

[c.312]

    Уравнение Цубоки — Катаямы — Вильсона с параметрами, рассчитанными по данным о равновесии пар —жидкость, было использовано авторами статьи [497] для расчета бинодальной кривой, характеризующей равновесие трехфазной системы жидкость — твердое вещество (рис. 8.9,а). [c.411]

    Таким образом, в условиях полного равновесия трехфазной системы 1, 2, 3 (рис. 3.18) вместо границы твердой фазы 1 с газом 5 и ее натяжения должна фигурировать пленка и ее натяжение Оц, включающее в себя натяжения границы твердого вещества со слоем жидкости о 12 и натяжение границы слоя жидкости с паром а 2з- [c.563]

    III.1,а) — тройной точке, графически изображающей нонвариантное равновесие трехфазной системы твердая фаза—жидкость—пар. Эти три фазы могут находиться в равновесии при вполне определенных значениях температуры и давления, нанример для воды равных + 0,0098° 4,579 мм рт. ст.

Кривые моновариантных равновесий, сходящиеся в тройной точке, расположены таким образом, что каждая из этих кривых за тройной точкой обязательно проходит между двумя другими кривыми. На рис. 1П.1, б показано пунктиром BosMOHiHoe расположение продолжения этих кривых для веществ типа [c.

34]

    Условия равновесия трехфазных систем рассмотрены в работах А. В. Сторонкина [5666—5668]. [c.52]

    Отрезки кривых растворимости двойных систем Ь»Ь, а»а, с»с, d»d, п»п и т»т, транслируясь внутрь призмы, образуют поверхности растворимости ниже солидуса Ъ»Ъавшт», а аассс»и d»daAnn», ограничивающие примыкающие к ребрам призмы объемы однофазных твердых сплавов.

Эти объемы тройной системы простого эвтектического тина вырождены в прямые линии, сливающиеся с ребрами призмы, в чем, собственно, и состоит различие между диаграммами состояния тройных систем простого эвтектического типа и с ограниченными твердыми растворами.

Если растворимость ниже солидуса уменьшится до нуля, то диаграмма состояния системы с ограниченными твердыми растворами (рис. 154) превратится в диаграмму простого эвтектического типа (рис. 136).

Объемы однофазных и двухфазных равновесий сплавов ниже солидуса выродятся нри этом в прямые и плоскости соответственно и вся область призмы ниже солидуса будет отвечать равновесию трехфазных сплавов. [c.328]

    В условиях равновесия трехфазной системы металл— шлак—атмосфера это действительно, справедливо, если окислы рассматриваемого металла присутствуют в шлаке в значительных количествах, так как состав шлаковой фазы в этом случае определяется составом газовой фазы. Иначе обстоит дело с оксидными расплавами, образованными исключительно стойкими окислами. [c.50]

Источник: https://www.chem21.info/info/224308/

«Унитех» : Фазовое равновесие

Учебно-лабораторный модуль «ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ» учебно-лабораторного комплекса «ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ» предназначен для проведения лабораторных работ по разделу «Фазовое равновесие» дисциплины «Физическая химия» учащимися высших, средних специальных учебных заведений, а также может использоваться в специализированных и аналитических лабораториях. Модуль позволяет организовать одновременную работу от 1 до 3 человек.

Отличительной особенностью этого модуля являются стеклянные герметичные ампулы. Каждая ампула содержит прецизионный термодатчик, светодиодную подсветку, благодаря чему реализуется высокая точность и наглядность экспериментов.

Кроме того, уникальным данный модуль делают входящие в состав вакуумный насос и термоэлектрическое охлаждающее устройство.

Что позволяет легко продемонстрировать студентам возможность существования воды одновременно в трёх агрегатных состояниях (тройная точка воды).

ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ
Изучение зависимости температуры кипения жидкости от давления
Изучение распределения йода между двумя несмешивающимися жидкостями
Построение фазовой диаграммы фенол-нафталин
Построение фазовой диаграммы фенол-вода
Определение молярной массы вещества методом криоскопии
Определение координат тройной точки воды
Определение теплоты парообразования воды
Определение теплоты кристаллизации воды

Масса лабораторного модуля не более 1.0 кг.

  • Габаритные размеры не более 300×240×80 мм.
  • Потребляемая мощность — не более 20 Вт.
  • Число измерительных каналов — 3.
  • Число ступеней регулировки скорости мешалки — 10.
  • Модуль сохраняет работоспособность при изменениях напряжения питания от 100 до 240 В.
  1. Наименование параметра, технических данных и 
  2. единица измерения
Величина
диапазон величин Доп. погрешн. Фактич. диапазон Факт. Погрешн.
Напряжение электропитания, при котором комплекс сохраняет работоспособность, В 100…240 ¾ ¾
Постоянное напряжение на выходе источника напряжения, В 98…102 ± 2.0% 1.0%
Измеряемая температура, °C –40…+125 ± 1.0°C 0.5°C
Входное сопротивление pH датчика, ГОм, не менее 1 ¾ 5 ¾
Потребляемая мощность, ВА, не более 20 ¾ 15 ¾
Масса, кг не более 1.0 ¾ 0.8 ¾
№ п/п Наименование Количество
1   Учебно-лабораторный модуль «ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ» 1
Сетевой кабель 1
3   Паспорт 1
4   Руководство по эксплуатации 1
5   Методические материалы 2
6   Соединительный провод к датчику 2
7   Платиновый термометр сопротивления 1
8   Магнитная мешалка 4
9   Датчик давления 0…40 кПа 1
10   Нагреватель пробирок 1
11   Ампулы фенол-нафталин 6
12   Ампулы фенол-вода 6
13   Модуль охлаждения 1
14   Штатив 2
15   Лапка штатива 2
16   Извлекатель магнитной мешалки 1

Источник: http://www.unitex.tomsk.ru/index.php?id=991

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Линия трехфазных равновесий жидкость — жидкость — газ лежит выше кривых давлений пара чистых компонентов, что РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє существованию гетероазеотропных равновесий трех фаз. Этот РІРёРґ диаграмм очень распространен РІРѕ всех случаях, РєРѕРіРґР° раствор состоит РёР· ограниченно смешивающихся компонентов СЃ близкими давлениями паров.  [1]

  • Р РђРґ берется для линии трехфазного равновесия.  [2]
  • Линия ликвидуса называется линией трехфазного равновесия, так как РІ соответствии СЃ уравнением ( Р±) РєСЂРѕРјРµ твердой Рё жидкой фаз учитывается Рё пар летучего компонента.  [3]
  • Поскольку РІ качестве начала линий трехфазного равновесия берется перитектическая точка РЇ.  [4]
  • Практически достаточно даже РѕРґРЅРѕР№ проекции линии трехфазного равновесия РЅР° плоскости Рў — С… ( линия ликвидус) СЃ нанесенными РЅР° нее точками, указывающими равновесное давление пара летучего компонента над расплавом, содержащим этот компонент РІ определенной концентрации.  [6]
  • Р’ точке D начинается стабильная область, Рё линия DE — это линия трехфазного равновесия между жидкостями Рё газом.  [8]

Для получения Р  — Рў — проекции необходимо измерить общее давление вдоль линий трехфазных равновесий. Знание состава пара РІ этом случае РЅРµ требуется, что упрощает задачу.  [9]

Р’ качестве примера можно привести работу Кройта [4], который определил давление вдоль линии трехфазного равновесия Рё составы всех трех фаз РІ системе — дихлор — Рё Р»-дибромбензол.  [10]

Сингулярные точки РЅР° Р  — Рў — проекции фазовой диаграммы образуются РїСЂРё касании или пересечении линии трехфазного равновесия СЃ линиями двухфазных равновесий, протекающих РїСЂРё равенстве составов РґРІСѓС… фаз. Примером этих линий может служить линия S L, L V, S V. Отличительной особенностью сингулярных точек является то, что РІ РЅРёС… меняется РїРѕСЂСЏРґРѕРє равновесных фаз РїРѕ составу.  [11]

Отклонение РѕС‚ стехиометрии РІ CdTe было вычислено РІ работе [67] РёР· данных РїРѕ температуре Рё давлению пара кадмия РЅР° линии трехфазного равновесия.  [12]

Точка 4 ( рис. 109) соответствует четырехфазному равновесию эвтектики ( АВ В) с расплавом и паром, и в ней должны сходиться четыре линии трехфазного равновесия.

РћРґРЅР° РёР· РЅРёС… отвечает равновесию: кристаллы РђР’ — жидкость — пар, Р° вторая — равновесию кристаллов Р’ СЃ жидкостью Рё паром. Третья кривая РЅР° Р  — Р“ — проекции обозначена как двухфазная — кристаллы Р’ Рё пар.

РћРЅР° РїРѕ существу является РєСЂРёРІРѕР№ трехфазного равновесия эвтектики ( РђР’ Р’) СЃ паром, РЅРѕ РёР·-Р·Р° отсутствия молекул РђР’ РІ паровой фазе ( это допущение было принято РІ начале VII главы) кривые трех — Рё двухфазного равновесия совпадают. Четвертая кривая трехфазного равновесия, соответствующая плавлению эвтектики без разложения ( РђР’ Р’ Р–), РЅР° проекции РЅРµ приведена. РћРЅР° представляет СЃРѕР±РѕР№ линию, почти параллельную РѕСЃРё давлений, так как равновесие между конденсированными фазами практически РЅРµ зависит РѕС‚ давления.  [13]

Так, РїСЂРё кристаллизации бинарной эвтектики, РІ которую РІ качестве примеси введено вещество, нерастворимое РІ ее твердых фазах, фигуративная точка системы попадает РЅРµ РЅР° линию трехфазного равновесия, Р° РЅР° РѕРґРЅСѓ РёР· двумерных поверхностей двухфазного равновесия, которые пересекаясь, образуют линию трехфазного равновесия.  [14]

Страницы:      1    2    3

Источник: https://www.ngpedia.ru/id127701p1.html

Фазовое равновесие многокомпонентных систем. Построение диаграммы фазового состояния, страница 2

T1,K а б в г д Т2,К
1273 15 5 20 40 1113

1. Построение диаграммы фазового состояния данной системы на основании данных о температуре начале кристаллизации

На основании данных о температуре начала кристаллизации двухкомпонентной системы: NiF2 – KF строится диаграмма фазового состояния (диаграмма плавкости).

По горизонтальной оси откладывается количественный состав системы, выраженный в мольных процентах вещества NiF2.

По вертикальной оси откладывается температура в Кельвинах, соответствующая тому или иному составу системы NiF2 – KF (А – В), данные даны только до 58 %, остальное не рассматривается.

Кривые АЕ и ЕВ – это линии ликвидуса (liquid – жидкий) – геометрическое место точек, отвечающих температурам начала кристаллизации системы.

На полученной диаграмме можно выделить ряд характеристических точек. Линия ликвидуса образует в точках C и D перетектики, а соответствующие этим точкам температуры называются перетектическими.

В этих точках образуется перетектический расплав – инконгруэнтно плавящееся химическое соединение. Точка Е является эвтектикой, а соответствующий ей состав называется эвтектическим, имеющий наименьшую температуру плавления.

Линия ликвидуса также образует максимум в точке Н, называемой дистектикой (когда состав кристаллической фазы совпадает с составом жидкой фазы).

  • Прямые FG, CK, DQ и JA, проходящие через эвтектические точки –это  линии солидуса(solid – твердый), ниже которых существуют только твердые фазы.
  • 2. Точки на диаграмме фазового состояния данной системы
  • I — жидкий плав, содержащий 15 мол. % вещества А при температуре 1273 К ;
  • II плав, содержащий 15 % вещества А, находящийся в равновесии с кристаллами химического соединения;
  • Эта точка ставится на пересечении линии ликвидуса и вертикальной прямой, соответствующей 15мол %  NiF2, потому что выше кривой ликвидуса система данного состава будет полностью состоять из жидкой фазы, а ниже этой линии при данном составе системы выпадают кристаллы твердого химического соединения.
  • IIIэта точка не рассматривается, так как в данных для расчёта параметров систем состав, соответствующий данной точке, не указывается.

IV равновесие фаз одинакового состава.Эта точка совпадает с точкой H – максимумом кривой ликвидуса, когда состав кристаллической фазы совпадает с составом жидкой фазы. Также IVобозначены точки, лежащие на осях температур кристаллизации, и соответствующие чистым веществам NiF2 и KF, так как в этих точках сосуществуют две фазы – жидкая и твёрдая.

V — равновесие трех фаз. Этому условию отвечает точка Е – эвтектика. Здесь в равновесии находятся кристаллы твёрдых веществ KF и NiF2∙4KF и расплав. В точках С и D также наблюдается равновесие трёх фаз                        (C – NiF2∙4KF, NiF2∙3KF и расплав KF, D – NiF2∙3KF, NiF2∙KF и расплав KF).

3. Определение состава химических соединений

Из построенной диаграммы фазового равновесия NiF2 – KF видно, что образуется три химических соединения, которым соответствуют точки С, D и H. Состав любого из этих соединений определятся по соотношению мольных % веществ, входящих в данное соединение.

Точка С – перетектическая точка; это точка начального плавления NiF2∙4KF.

Если бы  NiF2∙4KF  обладало конгруэнтными свойствами, то полное плавление кристаллов NiF2∙4KF  должно было бы произойти в точке С’. Это на самом деле не происходит, поэтому линия СС’M нанесена пунктиром.

Опускаем из точки С’ прямую на линию состава и получаем 25 моль % NiF2 и 75 моль % KF , т.е. NiF2/KF = ¼, значит состав химического соединения будет NiF2·4KF. Тоже самое проделаем и с двумя другими точками и в результате получим для D’ – NiF2·3KF, для Н – NiF2·KF.

4.Определение качественного и количественного составов эвтектик

Диаграмма фазового равновесия имеет три эвтектики: в точке Е и две скрытые эвтектики в точках C’ и D’. Для определения количественного состава эвтектики  в точке Е опустим перпендикуляр на ось состава, получаем 9,2 мол. % NiF2 и 90,8 мол. % KF. В качественный состав эвтектики входит вещество NiF2·4KF и вещество KF.

Источник: https://vunivere.ru/work63768/page2

Ссылка на основную публикацию