Міністерство охорони здоров'я України Вінницький національний медичний університет ім.М.І.Пирогова ФІЗИЧНА І КОЛОЇДНА ХІМІЯ Конспект лекцій для студентів 2-го курсу денного відділення фармацевтичного факультету 4. ТЕРМОДИНАМІКА ФАЗОВОЇ РІВНОВАГИ І РОЗЧИНІВ м. Вінниця, 2004 р. 1 Речовина при зміні тиску та температури може переходити з одного агрегатного стану в інший. Ці переходи, які здійснюються при незмінній температурі, называють фазовими переходами першого роду. Кількість теплоти, яку речовина одержує з навколишнього середовища або віддає навколишньому середовищу при фазовому переході, є прихована теплота фазового переходу. Якщо розглядати гетерогену систему в якій немає хімічних взаємодій, а можливі лише фазові переходи, то, за сталих температурі і тиску в системі є т.з. фазова рівновага. Будь-яку фазову рівновагу можна охарактеризувати певною кількістю фаз, компонентів і числом ступенів термодинамічної свободи системи. Причому Фаза - сукупність однакових за хімічним складом, хімічними та фізичними властивостями частин системи, які відділені від інших частин межею поділу. Фази бувають твердими, рідкими та газоподібними. Тверді чи рідкі звуться конденсованими, а системи, що складаються з конденсованих фаз -конденсованими системами. Прикладом трифазної фізико-хімічної системи може бути вода, яка перебуває у трьох агрегатних станах при певних температурі та тиску. Фазове перетворення (фазовий перехід) - процес переходу речовин з однієї фази в іншу, в якому не відбувається хімічних реакцій. Це випаровування, сублімація, плавлення та ін. Основною характеристикою фазового переходу є температура переходу. Компоненти (незалежні складови частини) - речовини, за допомогою яких можна визначити склад усіх фаз даної рівноважної системи Число незалежних компонентів системи (К) дорівнює числу речовин (n) мінус число рівнянь (х), які зв'язують їх концентрації в рівноважній системі (К = n – х) Приклад 1. Однофазною багатокомпонентною системою є суміш газів, складена, наприклад, з гелію, кисню, аргону. У цій системі не відбуваються хімічні реакції, а тому рівноважна суміш може існувати при будь-яких Лекція 4. Термодинаміка фазової рівноваги і розчинів 2 концентраціях кожної з речовин. Отже, число компонентів дорівнює загальному числу речовин: К = 3. Приклад 2. Розглянемо двофазну систему, що складається з трьох речовин: твердого хлориду амонію NH4Cl та газоподібних аміаку NН3 і хлороводню НСl, між якими можлива взаємодія: NH4Cl НСl(г) + NН3(г) При рівновазі концентрації речовин, які складають газоподібну фазу, підпорядковуються закону діяння мас: [NН3] ∗[НСІ] = K а тому число компонентів К = 3 - 1 = 2, тобто для побудови заданої двофазної системи достатньо двох речовин, наприклад, NН3 та НСl, або NH4Cl та НСl тощо. Якщо ж ввести додаткову умову: [NН3] = [НСl] то число компонентів зменшиться до одиниці: К = 3 - 2 = 1. Cистема, яка задовольняє обом рівнянням, може бути одержана із одного твердого хлориду амонію: обидві фази системи (тверда фаза та пара) можуть бути одержані (складені) з одного компонента NH4Cl. Термодинамічна ступінь свободи (ступінь свободи) С — параметр системи, який можна довільно змінювати і який визначає стан системи. Число ступенів свободи - число параметрів стану системи, які можуть бути довільно змінені в певних межах без зміни кількості та природи фаз в системі. Так, у двофазній системі вода-насичена пара температуру можна змінити від 0 до 100 °С, не змінюючи числа фаз, при цьому тиск пари буде залежати від температури. Температура є тим самим єдиним параметром стану системи, від зміни якого залежать інші параметри, тобто С = 1. Число ступенів свободи гетерогенної термодинамічної системи, яка знаходиться в стані фазової рівноваги, визначають правилом фаз Гіббса -основним законом фазової рівноваги: Лекція 4. Термодинаміка фазової рівноваги і розчинів 3 Число степенів свободи рівноважної термодинамічної системы С дорівнює кількості незалежних компонентів системи К мінус число фаз Ф...