Уравнение Клапейрона — Клаузиуса
Абсорбция – это физико-химический процесс поглощения веществ из раствора или смеси газов твердыми телами или жидкостями с образованием растворов. При Абсорбции поглощение веществ происходит во всем объеме поглотителя. Абсорбция широко применяется в технике, главным образом при разделе газообразных смесей на составные части путем растворения одного или нескольких компонентов этой смеси в жидкости, которая называется абсорбентом. Физическая сущность процесса Абсорбции объясняется так называемой пленочной теорией. Согласно этой теории, при соприкосновении жидкости и газообразных веществ, на поверхности раздела обеих фаз образуются жидкостная и газовая пленки. Растворимый в жидкости компонент газообразной смеси проникает путем диффузии сначала сквозь газовую пленку, а затем и сквозь жидкостную и поступает во внутренние слои абсорбента. Для осуществления диффузии необходимо, чтобы концентрация растворенного компонента в газообразной смеси превосходила его равновесную концентрацию над жидкостью. Если концентрация растворимого компонента в газообразной смеси меньше его равновесной концентрации над жидкостью, диффузия происходит в обратном направлении. В этом случае вместо поглощения растворенного компонента наблюдается его выделение из раствора в газообразном состоянии. Такой процесс называется десорбцией и применяется в технике для извлечения поглощенных веществ из абсорбента.
|
|
|
Равновесие фаз
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Равнове́сие фаз в термодинамике — состояние, при котором фазы в термодинамической системе находятся в состоянии теплового,механического и химического равновесия.
Типы фазовых равновесий:
Тепловое равновесие означает, что все фазы вещества в системе имеют одинаковую температуру.
Механическое равновесие означает равенство давлений по разные стороны границы раздела соприкасающихся фаз. Строго говоря, в реальных системах эти давления равны лишь приближенно, разность давлений создается поверхностным натяжением.
Химическое равновесие выражается в равенстве химических потенциалов всех фаз вещества.
Условие равновесия фаз
Рассмотрим химически однородную систему (состоящую из частиц одного типа). Пусть в этой системе имеется граница раздела между фазами 1 и 2. Как было указано выше, для равновесия фаз требуется равенство температур и давлений на границе раздела фаз. Известно (см. статью Термодинамические потенциалы), что состояние термодинамического равновесия в системе с постоянными температурой и давлением соответствует точке минимума потенциала Гиббса.
|
|
|
Потенциал Гиббса такой системы будет равен
· 
,
где 
и 
— химические потенциалы, а 
и 
— числа частиц в первой и второй фазах соответственно.
При этом сумма 
(полное число частиц в системе) меняться не может, поэтому можно записать
· 
.
Предположим, что 
, для определенности, 
. Тогда, очевидно, минимум потенциала Гиббса достигается при 
(все вещество перешло в первую фазу).
Таким образом, равновесие фаз возможно только в том случае, когда химические потенциалы этих фаз по разные стороны границы раздела равны:
· 
.
Уравнение Клапейрона — Клаузиуса
Основная статья: Уравнение Клапейрона — Клаузиуса
Из условия равновесия фаз можно получить зависимость давления в равновесной системе от температуры. Если говорить о равновесии жидкость — пар, то под давлением понимают давление насыщенных паров, а зависимость 
называется кривой испарения.
Из условия равенства химических потенциалов следует условие равенства удельных термодинамических потенциалов:
· 
,
где 
, 
— потенциал Гиббса i-й фазы, 
— её масса.
Отсюда:
· 
,
а значит,
· 
,
где 
и 
— удельные объем и энтропия фаз. Отсюда следует, что
· 
,
и окончательно
· 
,
где 
— удельная теплота фазового перехода (например, удельная теплота плавления или удельная теплота испарения).
|
|
|
Последнее уравнение называется уравнением Клапейрона — Клаузиуса.
Правило фаз Гиббса
Рассмотрим теперь систему, вообще говоря, химически неоднородную (состоящую из нескольких веществ). Пусть 
— число компонентов (веществ) в системе, а 
— число фаз. Условие равновесия фаз для такой системы можно записать в виде системы из 
уравнений:
· 
Здесь 
— химический потенциал для i-го компонента в j-й фазе. Он однозначно определяется давлением, температурой и концентрацией каждого компонента в фазе. Концентрации компонетнов не независимы (их сумма равна 1). Поэтому рассматриваемая система уравнений содержит 
неизвестных ( 
— концентрации компонентов в фазах, плюс температура и давление).
Система разрешима, вообще говоря, если число уравнений не превышает числа неизвестных (система, не удовлетворяющая этому условию, также может быть разрешима, однако это исключительный случай, с которым в физике можно не считаться). Поэтому
· 
,
отсюда
· 
,
то есть число фаз в равновесной системе может превышать число компонентов не более, чем на два.
Последнее неравенство называется правилом фаз Гиббса. В частном случае для однокомпонентной (химически однородной системы) оно превращается в условие
|
|
|
· 
.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 235; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!