Большая техническая энциклопедия
0 1 3 4 9
D V
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ь Э Ю Я
ХА ХИ ХЛ ХО ХР

Химический потенциал - фаза

 
Химический потенциал фазы при данной температуре можно рассматривать как функцию давления и состава фазы, а изменения химического потенциала можно выразить через производные этого потенциала по давлению и составу.
Равенство химических потенциалов фаз в состоянии фазового равновесия может быть непосредственно получено из общих условий термодинамического равновесия.
Равенство химических потенциалов фаз выражает их устойчивость в состоянии фазового равновесия. Если для неравновесных условий одна из фаз имеет больший химический потенциал, она стремится перейти в фазу, химический потенциал которой меньше.
Изобарный и химические потенциалы идеальных и реальных фаз.
Процесс выравнивания химических потенциалов фаз соответствует частичному ( или полному) их взаимному растворению.
Из равенства химических потенциалов фаз при переходе веществ из одной фазы в другую следует, что при любом фазовом переходе давление является функцией температуры и поэтому на плоскости Т, р существует кривая фазового превращения. Однако в отличие от кривой равновесия (12.2) для фазового перехода первого рода ( рис. 32) кривая для непрерывного перехода не является кривой равновесия ( существования) двух фаз, так как при этом переходе новая фаза появляется сразу во всем объеме. Появление новой фазы не сопровождается возникновением поверхностной энергии, и поэтому при непрерывных переходах перегрев или переохлаждение невозможны.
Из равенства химических потенциалов фаз при переходе веществ из одной фазы в другую следует, что при любом фазовом переходе давление является функцией температуры и поэтому на плоскости Т, Р существует кривая фазового превращения. Однако, в отличие от кривой равновесия (10.2) для фазового перехода первого рода ( рис. 18), кривая для непрерывного перехода не является кривой равновесия ( существования) двух фаз, так как при этом переходе новая фаза появляется сразу во всем объеме.
Капиллярный потенциал равен разности химических потенциалов фаз по обе стороны искривленной поверхности раздела при прочих равных параметрах и имеет смысл работы изменения межфазной поверхности. Если XFK 0, то в порах матрицы мембрани давление пара соответствует состоянию насыщения.
Следует отметить, что равенство химических потенциалов равновесно-сосуществующих фаз является прямым следствием второго начала термодинамики. Действительно, представим себе обратимый круговой процесс, состоящий из изотермическо-изобарического перехода некоторого количества первой фазы во вторую и последующего перехода того же количества второй фазы в первую. При обратимом процессе с неизменными р и Т производимая полезная внешняя работа согласно выражению (2.78) равна убыли энергии Гиббса.
Полезно вывести правило фаз через уравнения, связывающие химические потенциалы фаз.
В общем случае различие скоростей, температур и химических потенциалов фаз обусловливают взаимный обмен количества движения теплом и массой. Часто э яи процессы протекают очень быстро, и тогда кокно сделать допущение о достижении равновесия.
В общем случае различие скоростей, температур и химических потенциалов фаз обусловливают взаимный обмен количества движения теплом и массой. Часто эти процессы протекают очень быстро, и тогда можно сделать допущение о достижении равновесия. Однако равновесная теория становится неточной в условиях резкого ускорения и изменения давления.
Как уже отмечалось, величина / С связана с химическими потенциалами фаз постоянного состава, и ее зависимость от Т и Р может быть определена в каждом конкретном случае.
Следовательно, в условиях равновесия фаз нужно иметь равные температуры, давления и химические потенциалы фаз. Равенство химических потенциалов фаз означает, что в условиях равновесия удельные энергии в фазах равны.
Положение линии равновесия графит - алмаз на фазовой диаграмме УДЧ углерода, образующихся в ПД углеродосодержащих ВВ было определено путем приравнивания химических потенциалов фаз с использованием подобранных для тротила значений энтальпии и энтропии нанодисдерсных фаз углерода.

Уравнение ( IX-20) справедливо и для электрохимической системы, не находящейся в равновесии при условии, что ни поверхностный потенциал, ни химический потенциал фазы не зависят от ее свободного заряда.
Потенциал Q Q ( 7 ji, V, s) наиболее удобен при изучении двухфазных систем, поскольку в состоянии равновесия температуры и химические потенциалы фаз совпадают и, следовательно, величину Q можно использовать для описания термодинамического состояния не только каждой из фаз, но и системы в целом.
Уравнение ( 103) справедливо и для электрохимической системы, не находящейся в равновесии, при условии, что ни поверхностный потенциал, ни химический потенциал фазы не зависят от ее свободного заряда.
Уравнение ( ЮЗ) справедливо и для электрохимической системы, не находящейся в равновесии, при условии, что ни поверхностный потенциал, ни химический потенциал фазы не зависят от ее свободного заряда.
Выделение кристаллов возможно не только при пересыщении ( цоМ -, где [ АО - химический потенциал ад-сорбата в маточной фазе и ц - химический потенциал примесной фазы около поверхности подложки), но и при недостаточном насыщении маточной фазы ( ц ом. Толщина выделившегося слоя имеет субмикроскопические размеры и зависит от соотношения величин поверхностных и межфазных энергий и от пересыщения. Макроскопическое выделение возможно только при пересыщении.
Химический потенциал метана.| Химический потенциал метана для двух различных составов при Т 71 1 С. I - весовая доля метана njj 0 463. г - пд 0 094. 3 - точка росы п - - 0 463. 4 - точка кипения пд 0 094. 5 -точка росы. Очевидно, эти кривые пересекаются при одинаковых значениях химического потенциала и тех же составах в точках кипения и росы, что и на рис. 11.5 и 11.6. 11.7 иллюстрирует равенство давлений, температур и химических потенциалов в двух или более сосуществующих фазах при равновесии. Чтобы химические потенциалы фаз были равны, необходимо, чтобы первый и последний члены уравне - ния (11.15) были равны.
Химический потенциал метана.| Химический потенциал метана для двух различных составов при Т 71 1 С. Очевидно, эти кривые пересекаются при одинаковых значениях химического потенциала и тех же составах в точках кипения и росы, что и на рис. 11.5 и 11.6. 11.7 иллюстрирует равенство давлений, температур и химических потенциалов, в двух или более сосуществующих фазах при равновесии. Чтобы химические потенциалы фаз были равны, необходимо, чтобы первый и последний члены уравнения (11.15) были равны.
Следовательно, в условиях равновесия фаз нужно иметь равные температуры, давления и химические потенциалы фаз. Равенство химических потенциалов фаз означает, что в условиях равновесия удельные энергии в фазах равны.
Разность ( 94 2) одинакова для всех фаз данного вещества. Поэтому уравнение фазового равновесия ( условие равенства химических потенциалов фаз) для различных изотопов оказывается одинаковым. В частности, можно утверждать, что в классическом приближении упругости насыщенных паров различных чистых изотопов одинаковы.
Полученное выражение представляет собой, как это видно из сопоставления с выражением (3.26), не что иное, как разложение равенства Ф ( 1) ( р, Т) ф ( 2) ( р, Т) в ряд по степеням р - рй и Т - Г0 на кривой фазовых переходов второго рода. Таким образом, действительно, условие D 0 означает равенство химических потенциалов фаз при фазовых переходах второго рода.
Равновесные условия кристаллизации обеспечивают высокую термическую стабильность эвтектических композиционных материалов. Между фазами эвтектики, волокнами и матрицей отсутствует химическое взаимодействие, поскольку химические потенциалы фаз равны. Особенности строения эвтектических микроструктур, полукогерентные границы раздела фаз с минимальной поверхностной энергией определяют термическую стабильность эвтектической микроструктуры и, как следствие, высокие механические свойства при температурах, близких к температурам плавления эвтектики.
Диффузия в гору в результате упругой деформации по. В результате упругой деформации атомы алюминия диффундируют в менее напряженную сторону образца. Итак, диффузия в твердых телах идет в сторону уменьшения термодинамического потенциала системы, соответственно химического потенциала диффундирующего компонента В. Процесс идет от большей концентрации к меньшей), поскольку при этом химический потенциал фазы В уменьшается.

Равновесные условия кристаллизации обеспечивают высокую термическую стабильность эвтектических композиционных материалов. Между фазами эвтектики, волокнами и матрицей отсутствует химическое взаимодействие, поскольку химические потенциалы фаз равны. Особенности строения эвтектических микроструктур, полукогерентные границы раздела фаз с минимальной поверхностной энергией определяют термическую стабильность эвтектической микроструктуры и, как следствие, высокие механические свойства при температурах, близких к температурам плавления эвтектики.
Равновероятные механизмы диффузии в кри. Итак, диффузия в твердых телах идет в сторону уменьшения свободной энергии системы, соответственно химического потенциала диффундирующего компонента В. Процесс диффузии обычно идет от большей концентрации к меньшей, если и поскольку при выравнивании концентраций химический потенциал фазы В уменьшается за счет увеличения энтропии.
При изменении одного из параметров ( р или Т) химический потенциал компонента в каждой фазе должен изменяться. Однако, если это изменение происходит так, что равновесие между фазами сохраняется, то, очевидно, новые химические потенциалы фаз должны быть также равны друг другу.
Заметим, что в случаях, когда в веществе возникает вследствие градиента температуры поток тепла или вследствие градиента давления поток массы газа, очевидно, что эти потоки ведут к выравниванию температуры и давления соответственно. Неравенство (26.2) имеет своим непосредственным следствием изменение чисел молей N и N2, и возникает вопрос, каким образом переход частиц из одной фазы в другую может вести к выравниванию химических потенциалов фаз ц и / г 2 - Ответ на этот вопрос будет дан в конце этого параграфа, когда мы качественно изучим зависимость химического потенциала от температуры и давления.
Задача расчета равновесия на этом не заканчивается. Но для этого необходимо располагать сведениями о конкретных зависимостях химических потенциалов фаз от этих переменных, и общего решения здесь указать нельзя.
Снова на примере системы Fe-О рассмотрим, как следует определять химический потенциал MpeQ - Чтобы исключить возможность недоразумения, необходимо различать соединение FeO и фазу вюстит. FeO существует лишь в одной точке состава, а вюстит занимает некоторую область. Поэтому ясно, что правомерно рассматривать химический потенциал таких компонентов как FeO или FBQ но химический потенциал фазы такой как вюстит - это бессмыслица.
Вывод соотношений (14.13) - (14.18) еще нельзя считать решением задачи расчета равновесия, поскольку в общей формулировке такая задача требует выражения внутренних свойств системы через ее независимые переменные. Если же экспериментально находятся равновесные значения переменных Т, Р, х, от которых зависят химические потенциалы фаз, то условия (14.15) позволяют рассчитывать термодинамические функции веществ. Гетерогенные равновесия очень часто изучают с этой целью.
Эти особенности легко объяснимы малым размером системы. Поверхностный эффект, от которого в области гомогенности можно избавиться с помощью периодических граничных условий, в гетерогенной области приводит к стабилизации пересыщенных состояний и пониженной устойчивости при наличии двух фаз, если такое состояние вообще удается реализовать. Практически построить участок кривой, соответствующий равновесному сосуществованию фаз, невозможно из-за недостаточной точности расчета в этой области, поэтому единственным способом локализации фазового перехода остается независимое определение химических потенциалов фаз.
Химическая совместимость является более сложной проблемой. В этом томе рассматриваются два основных типа композиционных материалов: естественные композиции ( in situ), в которых две фазы находятся в термодинамическом равновесии при температурах их изготовления, и искусственно полученные композиции, в которых скорость химических реакций, приводящих к ухудшению совместимости между двумя фазами, достаточно мала, что обеспечивает хорошую совместимость фаз. Типичным примером первого типа композиций служат эвтектические сплавы, которые затвердевают в равновесных условиях. Для эвтектик химические потенциалы фаз равны и влияние удельной поверхностной энергии сведено до минимума. Для этих композиций может возникнуть вопрос стабильности при температурах, отличных от температуры изготовления материала, если имеет место заметная зависимость фазовых превращений или концентрации компонентов в фазах от температуры.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11