Page 511 - Основы_химии

Р А С Т В О Р Ы И С П Л А В Ы . 505

Из внешних факторов равновесия в химических системах главнейшее
значение имеют температура и давление. Влияние других внешних факто­
ров, например, тяжести, капиллярных сил, напряжений электромагнитного
и светового полей, для многих случаев можно принимать обыкновенно
отсутствующим.
Число внутренних факторов равновесия указывается количеством п
компонентов. Поэтому общее число внешних и внутренних факторов или
независимых переменных, характеризующих состояние системы, будет
равно 2 -f- «• В пределах устойчивости каждая фаза системы определяется
уравнением состояния или соотношением между независимыми переменными—
температурой t, давлением р и концентрациями х и х г, . . . х п компонентов,
входящих в ее состав:
F(t, р, х х, х». . . х а) = 0.

При п компонентах необходимо и + 2 таких уравнений, чтобы все п -\- 2
переменных (t, х ь <г 2 , . . . х п) получили определенные значения.
Обратно, при определенных значениях температуры, давления и концен­
траций должны находиться совместно в равновесии w -f- 2 фаз. Этот важный
вывод, определяющий максимальное число фаз, которые могут существовать
одновременно в устойчивом равновесии, для и-компонентной системы был
сделан впервые Гиббсом (1876). Таким образом, для унарных, бинарных
и т. д. систем соответствующие максимальные числа присутствующих фаз
должны равняться трем, четырем и т. д.
Г р а ф и ч е с к о е и з о б р а ж е н и е . Значение этого вывода выясняется
проще всего при графическом изображении (рис. 1). Возьмем равновесие
унарной системы, отвечающей воде (Н 2 0);
будем откладывать в прямоугольных (декар­
товых) координатах по оси абсцисс темпера­
туры ( и по оси ординат — давления р, ко­ А
торые отвечают устойчивым состояниям си­
стемы при данных температурах. Устойчи­
вые равновесия двух фаз лед ± пар пред­
^
ставляются линией ВА, изображающей 4, S8 J TUXfb
упругости насыщенного пара льда или ОСЛО.
кривую возгонки льда при различных темпе­
ратурах ниже 0°. Соответственно линии АС
и DA принадлежат равновесным состояниям 0 Q
двухфазных систем: жидкая в о д а ^ п а р и Рис. 1.
жидкая вода лед, из которых первая .
характеризует упругости или испарение жидкой воды при изменяющихся
температурах, а вторая — плавление льда при различных давлениях. При
этом состояние равновесия не зависит от количества отдельных фаз.
В тройной точке А пересечения трех линий ВА, А С и АI) наблюдается
совместное существование трех фаз — льда, воды и пара, как максимального
числа для данной унарной системы при определенных значениях t = 0°
и р = 4,58 мм.
Три поля BAD, ВАС и ВАС, отграниченные друг от друга линиями
AD, АС и AB соответствуют равновесным состояниям одной из фаз — льда,
воды и пара, взятой в отдельности. При этих условиях для изображения
состояния каждой фазы необходимы две независимые переменные t и р.
изменяющиеся в пределах соответствующего поля.
Таким образом геометрические элементы плоской (р,<)-диаграммы
рис. 1 — поля (поверхности), пограничные линии и точка их пересечения —
определяют равновесия, состоящие из одной, двух и трех фаз. Это соотно-