ПРАВИЛА ФАЗ ГИББСА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ РАВНОВЕСИЯ МЕЖДУ ФАЗАМИ СИСТЕМЫ.
Материальная система – часть пространства, заполненная веществом, которую выделяют для исследования, остальное окружающее пространство называют внешней средой. Система называется термодинамической, если между ее частями возможен обмен энергией; если возможен обмен и энергией, и веществом, то система называется физико - химической. Физико-химические системы, изучаемые в материаловедении – это или отдельный сплав заданного состава, или совокупность бесконечно большого числа сплавов, образованных данными металлами и (или) неметаллами. Системы могут быть гомогенными (состоящими из одной фазы) и гетерогенными (состоящими из нескольких фаз).
Фаза — это однородная часть системы или совокупность частей, имеющих одинаковый состав, строение и физико-химические свойства. Разные фазы всегда отделены друг от друга поверхностями раздела (межфазными поверхностями). Химический состав каждой фазы в сплаве можно выразить через концентрации компонентов.
Компонентами называют независимые индивидуальные вещества, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз системы. Компоненты могут переходить из одной фазы в другую, но не могут переходить друг в друга. Компонентами в металлических сплавах обычно являются чистые металлы и неметаллы, а также химические соединенияСостояние системы определяется температурой, давлением, концентрацией компонентов в разных фазах. При изменении этих факторов система переходит из одного состояния в другое, при этом совершаются фазовые превращения, при которых появляются новые фазы или исчезают старые. Возможность изменения равновесного состояния…системы определяется вариантностью или числом степеней свободы. Число факторов, которые могут изменяться независимо друг от друга, без нарушения равновесия системы, называется числом степеней свободы.
|
|
|
Вариантность системы зависит от числа компонентов, числа равновесных фаз и количества внешних переменных .Данная зависимость носит название правила фаз Гиббса.
Для вывода правила фаз Гиббса рассмотрим систему, содержащую К компонентов, в которой образуется Ф фаз. Внешними переменными являются температура и давление.
Пусть каждая фаза содержит все К компонентов. В качестве переменных, определяющих состояние системы, выступают концентрации всех компонентов во всех фазах. Число таких переменных будет равно произведению КФ.
С учетом внешних переменных, получаем общее число переменных, равное КФ + 2.
Пусть при любой температуре все фазы находятся в равновесии друг с другом. Это возможно при равенстве химических потенциалов компонентов во всех фазах, т.е. химический потенциал каждого компонента одинаков во всех фазах. Это условие можно записать в виде следующих равенств: (1)
|
|
|
где m – химический потенциал, верхний индекс – номер компонента, нижний индекс – номер фазы. В каждой строке равенства (1) (Ф–1) самостоятельных уравнений, число строк равно К, следовательно всего таких уравнений будет К(Ф–1). К ним следует добавить еще Ф уравнений, связывающих концентрации всех компонентов во всех фазах. Следовательно, общее число уравнений, связывающих все переменные будет (Ф–1)К+Ф.
Если число переменных….больше числа связывающих их уравнений,то не все переменные являются независимыми.
Число независимых переменных определяется как разность общего числа переменных и числа уравнений, т.е.
f = КФ + 2 – ((Ф – 1)К + Ф) = К – Ф + 2 (2)
Выражение (2), определяющее вариантность системы, – правило фаз Гиббса, f число степеней свободы системы. На практике процессы идут при постоянном давлении, поэтому правило фаз Гиббса запишется в виде:
f = К– Ф + 1 . (3)
Из вывода правила фаз Гиббса следует, что число степеней свободы всегда положительно или равно нулю (f<0 ) соответствовало бы случаю,…когда число уравнений было бы больше числа переменных,….а такая система уравнений несовместна).
|
|
|
Если f=0 (система называется нонвариантной), то все независимые переменные, определяющие состояние системы, имеют строго…фиксированные (единственные)…значения,…которые нельзя изменить, ненарушив фазового равновесия системы.….Наличие одной,…двух или большего числа степеней свободы позволяет независимо изменять одну, две или большее число переменных без изменения числа фаз, находящихся в равновесии.
Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 228; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!