ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Некоторые определения из "Гетерогенные равновесия" ГЭсякое превращение материи из одной формы в другую связано с некоторым процессом. В каждом процессе участвует определенная совокупность материальных тел, причем в связи с многообразным взаимным влиянием количество таких тел оказывается часто очень большим. Чтобы облегчить изучение различных процессов, обычно из большого числа тел выделяют (физически или мысленно) некоторую совокупность тел, называемую системой. Такой путь чрезвычайно удобен, так как позволяет сосредоточить внимание на том наиболее существенном, что характерно для изучаемого процесса. Система, выделенная таким образом из окружающей среды, может взаимодействовать с ней. Это взаимодействие в общем случае заключается в передаче от среды к системе или в обратном направлении энергии и массы. Если масса и энергия системы, выделенной из окружающей среды, остаются постоянными, то такая система называется изолированной. Все процессы, происходящие в такой системе, заключаются в перераспределении энергии и массы между отдельными частями системы. [c.5] Представление об изолированной системе является теоретической абстракцией, так как практически невозможно полностью изолировать систему от внешней среды. [c.5] Если количество вещества в системе остается в рассматриваемом процессе неизменным, т. е. не происходит переноса вещества из окружающей среды в систему и из нее в окружающую среду, то такая система называется закрытой. Процессы, происходящие в такой системе, заключаются в перераспределении вещества между отдельными ее частями, а также в передаче энергии от системы к окружающей среде или в противоположном направлении. Примером такого процесса является взаимная растворимость двух или нескольких веществ. Последние перераспределяются между несмешивающимися слоями, а теплота, выделяющаяся (или поглощаемая) при растворении, отводится (или подводится) окружающей средой (например, жидкостью, используемой для термостатирования прибора). [c.5] Макроскопические свойства системы, используемые для характеристики ее состояния, называются параметрами состояния. Для характеристики состояния одной и той же системы могут применяться различные параметры. Целесообразный выбор их определяется в зависимости от конкретной задачи. Этот вопрос подробнее будет рассмотрен ниже. Здесь лишь отметим, что этот выбор зависит от того, однородна система или неоднородна. Однородной или гомогенной называется система, все макроскопические свойства которой в любых ее частях одинаковы. Системы, не отвечающие этому условию, называются неоднородными или гетерогенными. [c.6] Части гетерогенной системы с одинаковыми макроскопическими свойствами называют фазами. Это определение требует некоторого уточнения применительно к дисперсным системам. В литературе часто фазу определяют как однородную часть системы. Однако такое определение неточно. Так, смесь двух кристаллических веществ, а также дисперсная фаза эмульсий и суспензий состоят из большого числа частиц, отделенных друг от друга поверхностями раздела, и понятие об однородности может применяться только к отдельной частице. Тем не менее свойства частиц одного и того же вещества одинаковы. Поэтому такую систему следует считать двухфазной, рассматривая в качестве фазы совокупность частиц с одинаковыми свойствами. Таким образом, однородная система является однофазной, а гетерогенные системы — двух- или многофазными. [c.6] В зависимости от агрегатного состояния различают газовую (паровую), жидкую и твердую фазы. [c.6] Тот факт, что различные фазы, образующие систему, имеют разные макроскопические свойства, имеет более глубокий смысл, чем простая констатация того, что эти фазы имеют различные плотность, вязкость, теплопроводность и другие физические свойства. Материя существует в непрерывном изменении, в движении, которое является формой существования материи. Количественной и качественной мерой движения является энергия. Поэтому всякое изменение энергии системы или ее части сопровождается соответствующим изменением макроскопических свойств. Таким образом, те или иные макроскопические свойства фазы связаны с определенным ее энергетическим состоянием. Поэтому однородность макро- скопических свойств фазы на всем ее протяжении является следствием того, что характер и количественная мера движения отдельных частей фазы, т. е. их энергия, одинаковы. С этой точки зрения фазу точнее определить как часть (или сумму частей) системы с однородными химическими свойствами и одинаковой энергией. Внешним проявлением этого является однородность физических свойств. [c.6] Под раствором понимается однородная смесь веществ, из которых одно или несколько могут находиться при температуре выше температуры плавления. Таковы, например, растворы солей в воде. Сами соли при температуре существования растворов находятся в твердом состоянии, а раствор — в жидком. Вещества, образующие раствор, могут иметь температуры плавления как ниже, так и выше температуры существования раствора. Первый случай соответствует образованию жидких или газовых растворов, а второй — твердых растворов. [c.7] Под расплавом обычно понимается однородная жидкая смесь нескольких веществ, которые в обычных условиях находятся в твердом состоянии и переводятся в жидкое состояние в результате плавления при повышении температуры. Из этого следует, что расплав представляет собой частный случай раствора. [c.7] Если вещества, образующие раствор, в рассматриваемом интервале изменения параметров состояния химически не взаимодействуют друг с другом, то состав раствора однозначно определяется количествами входящих в него веществ. Значительно сложнее обстоит дело, когда в системе имеет место химическое взаимодействие. Характер этого взаимодействия, а следовательно, и его влияние на состав могут быть различными. Так в растворах электролитов происходит диссоциация последних с образованием сольватированных ионов. В результате исходные вещества частично или полностью превращаются в новые химические соединения. [c.7] Химическое взаимодействие может происходить не только в жидких растворах, но и в газовых или паровых смесях. Так, карбоновые кислоты (муравьиная, уксусная и др.) в паровой фазе вступают в реакции ассоциации, а пары воды при высокой температуре диссоциируют на водород и кислород. Определение истинного состава в таких случаях представляет большие трудности, особенно потому, что результат химического взаимодействия зависит от многих факторов (состава исходной смеси, температуры и др.), а концентрации отдельных химических индивидуумов в смеси оказываются связанными сложными функциональными зависимостями. В таких случаях состав раствора характеризуется относительным содержанием наименьшего числа его отдельных составных частей, из которых могут быть получены все другие составные части. Принятые таким образом для характеристики состава смеси ее части называются компонентами, а наименьшее число составных частей смеси, из которых могут быть получены все ее составные части, — числом компонентов. [c.7] Рассмотрим, например, смесь азота и водорода. При условии, что эти вещества химически не взаимодействуют, состав смеси однозначно определяется количествами азота и водорода, взятыми для ее приготовления. При определенных условиях азот и водород вступают в обратимую реакцию с образованием аммиака, содержание которого зависит от относительных количеств азота и водорода в смеси. В этом случае последняя содержит три различных химических вещества — азот, водород и аммиак. Однако, вследствие обратимости происходящей химической реакции, состав смеси при заданных условиях определяется относительным содержанием любых двух веществ. Таким образом, смесь следует рассматривать как двухкомпонентную, а в качестве компонентов могут быть приняты азот и водород, азот и аммиак или водород и аммиак. [c.8] Определение числа компонентов и их выбор усложняется с усложнением химического взаимодействия. Во всех случаях число компонентов определяется правилом фаз (см. 8) с учетом числа и типа происходящих химических реакций, а выбор тех или иных частей смеси в качестве компонентов определяется практической целесообразностью. [c.8] Представление о фазах связано с представлением о границах раздела между ними. Действительно, переход от части системы с одними свойствами к части системы с другими свойствами предполагает наличие границы между этими частями. В противном случае должен иметь место постепенный переход от одних свойств к другим. Часть системы с такими переменными свойствами называется фазой переменного состава. Системы, содержащие такие фазы, в настоящей книге не рассматриваются. [c.8] Таким образом, фазовое равновесие можно определить как состояние динамического равновесия, в котором при неизменных параметрах состояния отдельные части системы сохраняют неизменными свои свойства. [c.9] Вернуться к основной статье