Фазы

Фаза - это гомогенная (однородная) часть вещества. Деление фазы позволяет получить только меньшие ее части, неотличимые одна от другой. Фаза может состоять из одного или нескольких веществ. Примером однофазного вещества может служить раствор. Газы всегда свободно смешиваются друг с другом в любых пропорциях, образуя полностью гомогенную смесь, т.е. однофазную систему. Твердые и жидкие вещества могут образовывать системы, состоящие из нескольких фаз.

Фазы отделяются друг от друга физическими границами, которые называются фазовыми границами (рис. 6.4).

Равновесия, устанавливающиеся в однофазных системах, называются гомогенными равновесиями. Примерами гомогенных равновесий являются ионные равновесия в

Рис. 6.4. Фазовая граница (поверхность раздела фаз).

растворах (см. гл. 8). Равновесия, которые устанавливаются между физически различимыми частями системы, т. е. между различными фазами, называются гетерогенными равновесиями или фазовыми равновесиями.

Компоненты

Фазовые системы подразделяются на однокомпонентные, двухкомпонентные (бинарные, или двойные), трехкомпонентные (тройные) и многокомпонентные. Число компонентов фазовой системы определяется минимальным числом химически различимых веществ, которое необходимо для описания всех фаз данной системы. Например, система, состоящая из льда, воды и водяного пара, представляет собой однокомпонентную систему, потому что ее единственным компонентом является вода .

Установление равновесий

Выше было указано, что равновесие между жидкостью и ее паром является динамическим равновесием. Это равновесие можно представить уравнением

Такое равновесие осуществляется в результате баланса (уравновешивания) двух фазовых переходов, а именно перехода жидкости в пар и перехода пара в жидкость.

Аналогично равновесие между твердым веществом и жидкостью может быть представлено как

а равновесие между твердым веществом и паром — как

В каждом из этих случаев оба фазовых перехода являются обратными один по отношению к другому.

Все эти равновесия могут быть нарушены в результате изменения температуры и давления. Например, повышение температуры влияет на систему жидкость—пар таким образом, что частицы жидкой и паровой фаз увеличивают свою кинетическую энергию (см. разд. 3.1). Вследствие этого большее число частиц жидкой фазы приобретает достаточную энергию, чтобы перейти в паровую фазу. В результате указанное выше равновесие смещается вправо.

Экспериментальные данные о влиянии температуры и давления на фазовое равновесие могут быть представлены с помощью фазовых диаграмм. С важнейшими особенностями фазовых диаграмм можно ознакомиться на примере фазовой диаграммы воды.