Gibbsin vaihesääntö

Osaamisalue - termodynamiikka

Gibbsin vaihesääntö, joka on nimetty amerikkalaisen fyysikon Josiah Gibbsin mukaan, määrittää, lähetetäänkö vaihejärjestelmä $\mathrm{P.}$Vaiheet, $K$ Komponentit ja kaksi tilamuuttujaa paine ja lämpötila ovat stabiileja (tasapaino):

$$\mathrm{F.}+\mathrm{P.}=K+2\begin{array}{l}\mathrm{F.}=\text{Vapausasteiden lukumäärä}\end{array}$$

Gibbsin vaihesääntö voidaan johtaa Gibbs-Duhem-yhtälön avulla: Yhtälö homogeeniselle faasijärjestelmälle $K$ Komponentit on läpi $K$ kuvataan kemialliset potentiaalit (kemiallinen potentiaali) sekä paine ja lämpötila, ts. $K+2$ koot. Mutta kaikki tarpeellinen on $K-1$ Koot, siellä klo $K$kemialliset potentiaalit potentiaali voidaan laskea. Vastaava heterogeeninen järjestelmä $\mathrm{P.}$ Sitten tarvitaan vain vaiheita $K+2-\mathrm{P.}$ koot.

Vapausasteiden lukumäärä kertoo kuinka monta tilamuuttujaa voidaan muuttaa toisistaan ​​riippumatta.

Esimerkiksi veden kolmoispisteessä on vapausasteiden lukumäärä $\mathrm{F.}=K+2-\mathrm{P.}=1+2-3=0$eli jos painetta tai lämpötilaa muutetaan, vaiheiden lukumäärä pienenee. Kiehumis- tai kondensaatiokäyrällä on vapausasteiden lukumäärä $\mathrm{F.}=K+2-\mathrm{P.}=1+2-2=1$eli jos painetta tai lämpötilaa muutetaan, faasien lukumäärä pysyy vakiona. Yksivaiheisten alueiden (höyry, neste, jää) vapausasteiden lukumäärä on $\mathrm{F.}=K+2-\mathrm{P.}=1+2-1=2$. Painetta ja lämpötilaa voidaan molemmat vaihdella laajalla alueella ilman vaiheen muuttumista.

Oppimisyksiköt, joissa termiä käsitellään

Binäärijärjestelmien vaihekaaviot90 min.

KemiaFysikaalinen kemiatermodynamiikka

Oppimisyksikkö käsittelee binäärijärjestelmien yksinkertaisimpia vaihekaavioita. Käsitellään ihanteellisten ja ei-ideaalisten seosten vaihekaavioita. Se kuvaa, mitä muutoksia järjestelmässä tapahtuu, kun lämpötilaa tai koostumusta muutetaan.

Rinnakkaiset sekafaasit - Gibbsin vaiheiden laki30 min.

KemiaFysikaalinen kemiatermodynamiikka

Tässä oppimisyksikössä tarkastelemme järjestelmiä, jotka koostuvat useista vaiheista. Jokainen näistä faaseista on joko puhdas faasi tai homogeeninen sekafaasi. Yhden tai useamman vaiheen järjestelmä, joka on tasapainossa, noudattaa Gibbsin vaihelakia.

Galenan (harmaa), kalkopyriitin (kultainen) ja sfaleriitin (musta) tyypillinen parageneesi Parageneesi (kreikan sanasta para: vieressä ja genesis: alkuperä) on erilaisten mineraalien tyypillinen yhdistelmä niiden muodostumispaikalla riippuen siellä vallitsevat fysikaaliset ja kemialliset olosuhteet.

Fysikaalisessa kemiassa, termodynamiikassa, materiaalitieteessä tai virtausmekaniikassa faasi on spatiaalinen alue, jossa määräävät fysikaaliset parametrit (järjestysparametrit, kuten tiheys tai taitekerroin) ja aineen kemiallinen koostumus ovat homogeenisia.

Gibbs-Duhem yhtälö

the Gibbs-Duhem yhtälö (Josiah Willard Gibbsin ja Pierre Duhemin jälkeen) kuvaa yhteyttä termodynaamisen järjestelmän komponenttien $ i $ kemiallisten potentiaalien muutosten välillä.

Gibbs-Duhem yhtälö on:

$ summa_i n_i mathrm d mu_i , = , - S mathrm dT + V mathrm dp. $

Tässä $ mathrm mu_i $ on järjestelmän komponentin $ i $ kemiallisen potentiaalin kokonaisero.

Yhtälö seuraa vertaamalla Gibbsin potentiaalin (vapaa entalpia) täydellistä eroa $ G $,

$ mathrm dG , = , - S mathrm dT + V mathrm dp + summa_i mu_i mathrm dn_i, $

$ mathrm dG , = , sum_i n_ mathrm i mathrm d mu_i + sum_i mu_i mathrm dn_i, $

koko ero

Gibbs-Duhem-yhtälö kiinnostaa suuresti termodynamiikkaa, koska se osoittaa, että termodynaamisessa järjestelmässä ei kaikkia intensiivisiä muuttujia (muuttujia, jotka eivät riipu aineen määrästä, kuten lämpötila, paine, tiheys jne.) voida muuttaa. toisistaan ​​riippumatta. Jos lämpötilan $ T $ ja paineen $ p $ oletetaan olevan muuttuvia, vain $ i-1 $ $ i $ -komponenteista voi olla itsenäisiä kemiallisia potentiaalia. Tästä seuraa Gibbsin vaihesääntö, joka määrittää tämän järjestelmän mahdollisten vapausasteiden lukumäärän.

Gibbs-Duhem-yhtälöä käytetään usein isotermiseen, isobariseen prosessien hallintaan. Siitä seuraa sitten

$ summa_i n_i mathrm d mu_i = 0. $

Yksittäisten komponenttien kemiallisen potentiaalin $ mu_i $ ja aineen $ n_i $ muutoksesta saatujen tuotteiden summa katoaa aina tällaisessa prosessissa.

Video: ILASWPARSGFMTP #2 (Elokuu 2022).