Глава IV. Применение энергии Гиббса к изучению фазовых равновесий

Вещества, образующие термодинамическую систему, могут находиться в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком, твердом. Жидкие и твердые фазы называются конденсированными.

Напомним определение фазы. Гомогенные части системы, отделенные от остальных частей видимыми поверхностями раздела, называются фазами. При этом совокупность отдельных гомогенных частей системы, обладающих одинаковыми физическими и термодинамическими свойствами, считается одной фазой (например, совокупность кристаллов одного вещества или совокупность капелек жидкости, взвешенных в газе и составляющих туман).

По числу фаз системы делятся на однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные.

Каждая фаза состоит из одного или нескольких веществ. Индивидуальные химические вещества, которые могут быть выделены из системы простыми препаративными методами (кристаллизация, испарение, осаждение и т. д.) и существовать вне ее самостоятельно, называются составляющими веществами системы.

Составляющие вещества, наименьшее число которых необходимо для однозначного определения состава каждой фазы при любых условиях существования системы, называются компонентами.

Если в системе между составляющими веществами нет химического взаимодействия, то число компонентов равно количеству составляющих веществ. При химическом взаимодействии в системе число компонентов находится как разность между числом составляющих веществ системы и числом уравнений, связывающих равновесные концентрации этих веществ. В этом случае в качестве компонентов могут быть выбраны любые составляющие вещества, т. к. свойства системы определяются не тем, какие составляющие вещества выбраны в качестве компонентов, а их числом, т. е. числом компонентов.

Следовательно, число компонентов или совпадает с числом составляющих веществ (при отсутствии химических реакций), или меньше его. Но даже в этом случае число компонентов — величина вполне определенная, зависящая от свойств системы.

Число независимых термодинамических параметров состояния фаз равновесной системы, произвольное изменение которых в определенных пределах не вызывает исчезновения одних и образования других фаз (т. е., не вызывает изменения фазового состава системы), называется числом термодинамических степеней свободы или вариантностью системы. По числу термодинамических степеней свободы (С) системы подразделяются на инвариантные (С = 0), моновариантные (С = 1) и т. д.