Vaiheen tasapaino

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 22. maaliskuuta 2021 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Termodynamiikassa faasien tasapaino on tila, jossa termodynaamisen järjestelmän faasit ovat termisessä , mekaanisessa ja kemiallisessa tasapainossa.

Vaihetasapainotyypit:

Terminen tasapaino tarkoittaa sitä, että järjestelmän kaikilla aineen faasilla on sama lämpötila .

Mekaaninen tasapaino tarkoittaa paineiden yhtäläisyyttä kosketusvaiheiden välisen rajapinnan vastakkaisilla puolilla. Tarkkaan ottaen todellisissa järjestelmissä nämä paineet ovat vain suunnilleen yhtä suuret, paine-ero syntyy pintajännityksen vaikutuksesta .

Kemiallinen tasapaino ilmaistaan aineen kaikkien faasien kemiallisten potentiaalien yhtäläisyydellä.

Vaiheen tasapainotila

Tarkastellaan kemiallisesti homogeenista järjestelmää (joka koostuu samantyyppisistä hiukkasista). Olkoon tällä järjestelmällä rajapinta vaiheiden 1 ja 2 välillä. Kuten edellä mainittiin, vaihetasapaino edellyttää lämpötilojen ja paineiden yhtäläisyyttä rajapinnalla. Tiedetään (katso artikkeli Termodynaamiset potentiaalit ), että termodynaamisen tasapainon tila järjestelmässä, jossa on vakiolämpötila ja paine, vastaa Gibbsin potentiaalin minimipistettä .

Tällaisen järjestelmän Gibbsin potentiaali on yhtä suuri

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

missä ja ovat kemialliset potentiaalit ja ja ovat hiukkasten lukumäärä ensimmäisessä ja toisessa vaiheessa, vastaavasti. $\mu_{1}$ $\mu_{2}$ $N_1$ $N_2$

Tässä tapauksessa summa (järjestelmän hiukkasten kokonaismäärä) ei voi muuttua, joten voimme kirjoittaa $N=N_{1}+N_{2}$

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

Oletetaan, että , varmuuden vuoksi, . Sitten ilmeisesti saavutetaan Gibbsin potentiaalin minimi (kaikki aine on siirtynyt ensimmäiseen vaiheeseen). $\mu _{1}\neq \mu _{2}$ ${\displaystyle \mu _{1}<\mu _{2))$ $N_{1}=N$

Näin ollen faasitasapaino on mahdollista vain, kun näiden faasien kemialliset potentiaalit rajapinnan vastakkaisilla puolilla ovat yhtä suuret:

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

Clausius-Clapeyron yhtälö

Faasitasapainon ehdosta voidaan saada tasapainojärjestelmän paineen riippuvuus lämpötilasta. Jos puhumme nestehöyrytasapainosta , niin paine ymmärretään kylläisen höyryn paineena , ja suhdetta kutsutaan haihtumiskäyräksi . $P=P(T)$

Kemiallisten potentiaalien yhtäläisyyden ehdosta seuraa tiettyjen termodynaamisten potentiaalien yhtäläisyyden ehto:

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

missä , on i:nnen vaiheen Gibbsin potentiaali, on sen massa. $g_{i}={\frac {G_{i}}{m_{i}}}$ $G_{i}$ $mi$

Täältä:

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

joka tarkoittaa

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

missä ja ovat vaiheiden ominaistilavuus ja entropia . Tästä seuraa siis $v_{1}$ $s_{1}$

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

ja lopuksi

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

missä on faasisiirtymän ominaislämpö (esimerkiksi sulamis- tai höyrystymislämpö ). $q$

Viimeistä yhtälöä kutsutaan Clausius-Clapeyron-yhtälöksi .

Gibbsin vaihesääntö

Heterogeenisten tasapainojen peruslaki, jonka mukaan heterogeenisessä (makroskooppisesti epähomogeenisessa) fysikaalis-kemiallisessa järjestelmässä stabiilissa termodynaamisessa tasapainossa faasien lukumäärä ei voi ylittää komponenttien lukumäärää, jota on lisätty kahdella. Perustaja J.W. Gibbs 1873-76 [1] .

Katso myös

Muistiinpanot

↑ TSB

Kirjallisuus

Bazarov I.P. Termodynamiikka. (pääsemätön linkki) M.: Vysshaya shkola, 1991. 376 s.
Sivukhin DV Yleinen fysiikan kurssi. - M . : Nauka , 1975. - T. II. Termodynamiikka ja molekyylifysiikka. — 519 s.

Aineen termodynaamiset tilat

Vaiheen tilat

Kokoamistila Vaiheen tasapaino Vaiheen sääntö vaihekaavio Tilayhtälö
Kiinteä	kiteitä Yksikiteinen monikiteinen Kristalliitti
mesofaasi	Amorfiset ruumiit lasimainen tila nestekide Nemaattinen Smektinen kolesterinen Kolumnivaihe Mesogen Kalvo
Nestemäinen	Ihanteellinen neste Metastable tila tulistettua nestettä alijäähtynyttä nestettä venytetty neste Sulaminen ylikriittinen neste
Kaasu	Ihanteellinen kaasu oikeaa kaasua Steam Tyydytetty höyry tulistettua höyryä ylikyllästetty höyry
Plasma	sähkömagneettinen Quark-gluon plasma Glazma
Matala lämpötila	bosen kondensaatti Fermioninen kondensaatti kvanttikaasu bose kaasu Fermi kaasu rappeutunut kaasu kvantti neste bosen nestettä Fermi neste supernesteinen kiinteä aine Ilmiöitä Superfluiditeetti Suprajohtavuus
muu	outo asia fotoninen molekyyli värillinen lasi kondensaatti

Vaiheen siirtymät

Ensimmäinen laji

Toinen laji

sähköisissä ilmiöissä	ferrosähköinen Antiferrosähköinen
magneettisissa ilmiöissä	ferromagneetteja Paramagneetit Antiferromagneetit

kvantti

lambda piste

Hajotusjärjestelmät

Geelit
- Airgel
Ratkaisut
kolloidijärjestelmät
- karkea
- Vapaasti hajaantunut kolloidinen
Sol
Suihkepullo
- Savu
- Pöly
- Sumu
- sumu
Jousitus
Emulsio

Katso myös