Правило фаз Гиббса | Металлолом

Не почувствовали ли вы по фазовой диа­грамме воды, что имеются какие-то законы, регла­ментирующие «условия жизни» фаз? Так, в одно­фазном состоянии система существует в широком диапазоне давлений и температур, в двухфазном — только при их определенных комбинациях, а трехфаз­ная область на диаграмме вообще стягивается в точ­ку. Так и хочется представить разные фазы в роли жильцов коммунальной квартиры: чем больше жиль­цов, тем меньше свободы у каждого из них. Впрочем, нельзя делать выводы на основании диаграммы од – ного-единственного вещества. А вдруг в другом все иначе?

И все-таки общий закон сосуществования фаз дей­ствительно есть. По имени своего первооткрывателя он называется правилом Гиббса. Этот человек сыг­рал совершенно исключительную роль в развитии термодинамики и статистической физики.

Во всех биографиях Гиббса подчеркивается, что его жизнь (1839—1903) была внешне бедна события­ми. Все его силы были сконцентрированы на получе­нии научных результатов, блеск которых не потускнел и еегодня. Со времени опубликования последней ра­боты Гиббса прошло более 80 лет, но до сих пор в его трудах не обнаружено ни одной ошибки, а ре­зультаты продолжают использоваться практически в неизменном виде.

Гиббса часто называют первым физиком-теорети­ком в Новом Свете. Он работал по существу в оди­ночку, а его единственными орудиями труда были бу­мага и перо. Достижения Гиббса поначалу были оценены лишь немногими. Но на рубеже XIX и XX ве­ков его абстрактные идеи о равновесии в сложных си­стемах проложили себе дорогу к широкому кругу уче­ных и инженеров и материализовались в промышлен­ных процессах химии и металлургии.

Приведем оценку работ Гиббса, данную академи­ком Н. С. Курнаковым: «Современный период в раз­витии физико-химического анализа начинается с 1873—1878 гг., когда были напечатаны в трудах Кон­нектикутской Академии наук (Сев. Америка) класси­ческие мемуары Гиббса относительно равновесий не­однородных систем. Здесь были введены впервые но­вые понятия о фазах и компонентах (слагаемых), которые имели впоследствии громадное значение для изучения химических равновесий. Эти понятия в свя­зи с знаменитым правилом фаз Гиббса внесли сюда единство и простоту и послужили основанием для классификации сложных явлений».

Начнем изучение правила фаз все с той же воды, находящейся в замкнутом сосуде при определенных давлении P и температуре Т. Предположим, что при этих значениях P и Г в равновесии находятся жидкая фаза и пар. Молекулы НгО в паре и жидкости пребы­вают в непрестанном тепловом движении. В резуль­тате некоторые из них покидают свою «материнскую» фазу и «перебазируются» в соседнюю — больше им ведь деться некуда. Количество молекул, которое в среднем будет улетать в единицу времени через еди­ницу площади из жидкости, обозначим qx. От чего может зависеть это число? Поскольку, как мы уже отмечали, положение дел в замкнутом сосуде с чистой водой находится в прямой зависимости лишь от уста­навливаемых извне давления и температуры, вели­чина

Scroll to Top