Файл: Ферми Э. Термодинамика.pdf

Так как мы рассматриваем систему в состоянии равновесия, то Ф имеет минимум. Поэтому из вышеприведенного уравнения следу­ ет, что

С помощью этого равенства предыдущее уравнение принимает вид:

— (*2 —«i) + 5f fob—u i ) = 0-

Но (s3 — Sj) является изменением энтропии при изотермическом испарении одного грамма жидкости. Следовательно, эта разность

Теперь запишем выражение для термодинамического потенциа­ ла при постоянном давлении одного моля идеального газа. Из (121), (120), уравнения состояния pV = RT и (33) получаем

19. ПРАВИЛО ФАЗ

Когда система состоит только из одного гомогенного (однород­ ного) вещества, то говорят, что она состоит из одной фазы. Если гетерогенная система составлена из различных частей, каждая из которых в отдельности является гомогенной, то говорят, что в системе столько фаз, сколько в ней гомогенных частей.

Как пример системы, состоящей лишь из одной фазы, можно рассмотреть гомогенную жидкость (не обязательно химически чис­ тое вещество, могут рассматриваться также растворы), гомогенное твердое вещество или газ.

Приведем некоторые примеры систем, состоящих из двух фаз: вода и водяной пар; насыщенный раствор соли в воде при нали­ чии некоторого количества соли в твердом состоянии; система из двух несмешивающихся жидкостей и т. д. В первом примере двумя фазами являются жидкая фаза (вода) и газообразная (водяной пар); во втором примере — раствор соли в воде и твердая соль, в третьем примере различными фазами являются различные жидкости.

Все специфические свойства фазы, т. е. все свойства, которые относятся к единице массы вещества, составляющего фазу, напри­ мер плотность, удельная теплота и т. д., зависят от температуры Т, давления р и химического состава фазы.

Чтобы определить химический состав фазы, надо найти процент­ ное содержание каждого химического вещества, содержащегося в фазе.

законов химии хорошо известно, что химическое равновесие при определенной температуре и определенном давлении достигается при вполне определенных концентрациях элементов в фазах. Фаза является гомогенной смесью всех возможных химических соедине­ ний, которые могут быть образованы из химических элементов, входящих в фазу, причем процентное содержание каждой составной части полностью определяется Т, р и относительными концентра­ циями всех элементов фазы.

Рассмотрим, например, газ при определенной температуре и определенном давлении, состоящий из водорода и кислорода. Кон­ центрацию каждого элемента будем считать заданной. Водород и кислород образуют молекулы Н2 , 0 2 и Н 2 0 (для простоты пренеб­ режем более редкими молекулами Н, О, 0 3 и Н2 02 ). Число молекул воды в газовой смеси, а следовательно, и состав газовой смеси при этих условиях, определяются только концентрацией водорода и кислорода. Короче говоря, надо помнить.что независимыми компо­ нентами фазы являются химические элементы, содержащиеся в ней (каждый элемент нужно рассматривать как независимую компоненту, даже если он присутствует не только в своей элементарной форме, но и в химическом соединении с другими элементами). Однако из химии известно, что при определенных условиях химическое равно­ весие осуществляется через некоторый период времени, чрезвычайно длительный по сравнению с обычными интервалами времени. Таким

2Н, + О» = 2Н,0

то результирующее изменение Ф должно быть исчезающе мало. Рассмотрим превращение, в результате которого очень малое