Понятие о равновесии между фазами

ПОНЯТИЕ О РАВНОВЕСИИ МЕЖДУ ФАЗАМИ [c.220]

Именно в этом смысле используется понятие химического потенциала при изучении реакций и равновесий между фазами. [c.113]

В случае систем с очень большим числом близкокипящих компонентов часто нет необходимости проводить полное разделение для их характеристики. Так, в случае смесей углеводородов, таких, как бензин, дизельное топливо и другие, достаточно определить, какая часть пробы перегоняется в определенном температурном интервале, например 75—80 °С. Можно также определить температуру, при которой определенный объем пробы находится в виде дистиллята. Поскольку данные такого анализа в значительной степени зависят от условий проведения опыта, необходимо применять стандартную аппаратуру, обслуживая ее строго по инструкции [58, 59]. Принцип фракционной дистилляции в ректификационной колонне заключается в про-тивоточном прохождении части конденсата и поднимающихся вверх паров, между которыми происходит интенсивный обмен. При этом пар обогащается наиболее легколетучим компонентом. Такая колонна в промышленности разделена на отдельные тарелки отсюда вытекает понятие теоретической тарелки. Теоретическая тарелка характеризуется состоянием установившегося равновесия между фазами. Число теоретических тарелок, необходимое для разделения, можно определить графически [58, 60]. [c.382]

Понятие о термодинамическом равновесии ие исключает, а наоборот, предполагает наличие хаотического молекулярного теплового движения. Поэтому, когда говорят, что в гетерогенной системе между фазами установилось равновесие, прекратилась диффузия, то имеют в виду лишь видимый результат диффузии. Фактически переход молекул из одной из соприкасающихся фаз в другую и обратно не прекращается, но число молекул любого вещества, перешедших из одной фазы в другую, делается равным числу молекул этого> же вещества, перешедших в обратном направлении. Таким образом, равновесие между фазами является подвижным, динамическим. [c.72]

Условия равновесия между фазами несколько изменяются для систем, находящихся под воздействием внешнего поля (электрического, магнитного). В этих случаях применяют понятие полного потенциала, являющегося аналогом химического потенциала. Например, в электрохимических системах полный потенциал называют электрохимическим. Подробно эти вопросы рассмотрены в монографиях [2, 31, для систем жидкость — пар они практически значения не имеют. [c.11]

Диффузионные процессы, при которых меняется состав обеих фаз, выгодно проводить по принципу противотока газ и жидкость поступают с противоположных концов аппарата (газ снизу, жидкость сверху). Таким образом используется наибольшая доступная разность концентраций. При расчете противоточных процессов удобно ввести понятие теоретической тарелки или ступени переноса При этом непрерывный процесс переноса приближенно заменяется ступенчатым и принимается, что на каждой ступени устанавливается равновесие между фазами. Необходимое число теоретических тарелок находится простым графическим методом строится диаграмма, в которой по двум осям отложены концентрации рассматриваемого компонента в двух фазах. На этой диаграмме проводятся линия равновесия по закону растворимости и рабочая линия по уравнению материального баланса. Ступенчатый процесс представляется на диаграмме ломаной, прямоугольные ступеньки которой лежат между линией равновесия и рабочей линией. Число теоретических тарелок равно числу ступенек этой линии. [c.167]

Реальная контактная ступень, для которой покидающие ее паровой и жидкий потоки находятся в равновесии, имела бы с этой точки зрения 100%-ную эффективность. Данное условие предполагает идеальное перемешивание жидкости на тарелке, обеспечивающее установление но всей ее поверхности некоторого среднего состава флегмы, равновесной поднимающемуся паровому потоку. Вместе с тем самопроизвольный процесс установления равновесия между контактирующими фазами протекает во времени, а не мгновенно, и поэтому в самом понятии теоретической ступени содержится еще и предположение о том, что обеспечивается время, необходимое для достижения равновесия. Этим идеализированным предельным условиям не отвечает практическая тарелка, работающая в реальной производственной обстановке. Во-первых, она характеризуется известным градиентом состава жидкости по всей своей поверхности и стекающая с нее флегма не имеет [c.207]

Для изучения правила фаз необходимо предварительно ознакомиться с понятиями система, фаза,, независимый компонент и степень свободы. Необходимо также установить основные закономерности, которые наблюдаются при равновесии между различными фазами. [c.67]

Заметим, что между газом и жидкостью, как и между жидкостью и твердым аморфным телом, нет принципиальной разницы. Все они изотропны, т. е. их свойства (в отличие от кристаллических тел) одинаковы по всем направлениям. Различаются эти фазы лишь величиной сил взаимодействия между молекулами. Поэтому не во всех случаях можно различить понятия жидкость и газ . Когда в системе эти фазы существуют одновременно и отделены поверхностью раздела (при температурах и давлениях ниже критических) в условиях, изображаемых точками, лежащими на кривой равновесия, мы определяем более конденсированную фазу как жидкость, а менее конденсированную как газ. Но кривая равновесия между газом и жидкостью имеет конец в точке К, координаты которой соответствуют критической температуре Ткр и критическому давлению Ркр. Изменяя состояние системы по пути, лежащему за критической точкой К, т. е. не пересекая кривую равновесия, мы все время будем иметь однородное тело, которое с равным основанием можем называть жидкостью или газом. [c.131]

Для оценки эффективности разделения на колонке введено понятие теоретических тарелок. Слой сорбента в колонке условно делится на ряд соприкасающихся узких горизонтальных слоев, каждый из которых и называют теоретической тарелкой. В каждом слое устанавливается равновесие между стационарной и подвижной фазами. Чем больше число теоретических тарелок, тем выше эффективность разделения. Другой величиной, характеризующей эффективность разделения, служит высота, эквивалентная теоретической тарелке, представляющая собой отношение Я = = Ь М, где Ь—длина колонки N — число теоретических тарелок. [c.108]

Д. Гиббс открыл основные законы равновесия в неоднородных системах, образованных двумя или несколькими веществами. Он впервые ввел новые понятия, имеющие большое значение для изучения химических равновесий фазы — физически и химически однородные тела, из которых получается неоднородная равновесная система, компоненты — независимые переменные составные части, при соединении которых образуются различные фазы данной системы. Характер равновесия между несколькими фазами данной системы был определен совершенно точно по соотношению между числом фаз и числом компонентов в системе. Соотношение между числом компонентов п и максимальным числом фаз т равновесных систем Д. Гиббс выразил в правиле фаз [c.331]

Правило фаз Д. Гиббса установило закономерность, существующую в равновесиях между двумя или более веществами или целой системой веществ. Понятия о фазах и компонентах в связи с правилом фаз внесли единство и простоту при изучении сложных химических равновесий и послужили основанием для классификации сложных явлений. Это позволило объединить в одну стройную систему все данные, полученные при изучении многочисленных гетерогенных систем. На основе учения о фазах возникла новая наука, изучающая не отдельные оторванные друг от [c.331]

В отличие от Киршбаума и других авторов Льюис учитывает, что пар и жидкость покидают друг друга, не достигнув состояния равновесия. Льюис ввел понятие о локальной эффективности тарелки, оценивая этим коэффициентом недостижение равновесного состояния между фазами в каждой точке тарелки [c.89]

Почти все методы, предложенные в литературе для расчета многокомпонентной ректификации, исходят из понятия о теоретической тарелке( ступени разделения), т. е. такой массообменной ячейке, на которой устанавливается термодинамическое равновесие между контактирующими фазами. Отметим, что эта концепция не накладывает никаких ограничений на характер движущих сил она не противоречит представлению о полном [c.11]

В некоторых случаях удобно формулировать константу скорости реакции в термодинамических понятиях вместо сумм состояний. В особенности это относится к реакциям в растворах, так как в жидкой фазе численные значения сумм состояний оценить очень трудно. Термодинамическое описание скорости химической реакции, основанное на существовании равновесия между исходными реагентами и активированными комплексами, может быть так же хорошо представлено в термодинамических функциях, как и в сум- [c.88]

С повышением температуры ДНП возрастает и при критической температуре принимает максимальное значение, равное критическому давлению Р .. Т , является предельной температурой, при которой возможно равновесие между жидкой и паровой фазами вещества. При сверхкритических температурах вещество находится только в сверхкритическом газообразном (но не идеальным газом) состоянии, и понятие насыщенного пара теряет свой смысл. [c.74]

Совсем не обязательно, чтобы рассматриваемая разделительная система (рис. 110) состояла только из двух экстракторов. Например, если на первой колонне использован растворитель с более высокой температурой кипения, чем температуры кипения компонентов разделяемой смеси, то вторая разделительная установка может представлять собой выпарную ректификационную колонну. Эту колонну можно в дальнейшем рассматривать как эквивалент экстрактора, в котором гипотетический растворитель заменяет реальную паровую фазу. Количество этого растворителя соответствует количеству потребляемого в процессе тепла, а равновесие между паром и жидкостью можно охарактеризовать коэффициентами распределения между реальным и гипотетическим растворителями. Таким образом, выпарную-колонну можно рассматривать как экстрактор и при расчетах использовать обычные для экстракционных процессов понятия относительный расход растворителя , фазовые отношения и коэффициенты распределения (с теоретической точки зрения процессы экстракции и дистилляции во многом подобны [72]). [c.246]

Более подробно этот вопрос, связанный с уточнением понятия термодинамического равновесия между твердой и жидкой фазами, будет освещен в отдельном сообщении. [c.444]

С увеличением температуры давление насыщенного пара над жидкостью возрастает, принимая максимальное значение при критической температуре. Последняя является предельной температурой, при которой возможно равновесие между жидкой и паровой фазой вещества. При более высоких температурах вещество может находиться только в газообразном состоянии, и понятие насыщенного пара теряет свой смысл. Большинство данных о давлении насыщенного пара жидкости, имеющихся в литературе, относится к интервалу между температурами плавления и кипения. [c.99]

При рассмотрении равновесий между фазами, и в частности для применения правила фаз, большую роль играет число независимых составных частей системы, т. е. число независимых компонентов. При рассмотрении чисто фазовых равновесий, т. е. когда в системе не про исходит химических реакций, понятие не-зярисимого компонента совпадает с понятием компонента. Для химической системы, т. е. для системы, где протекают химические реакции, эти понятия не совпадают и определение числа независимых компонентов значительно труднее. При разложении Ш по уравнению 2Ш Н2- -Л2 в состоянии равновесия существуют три составные части Ш, Н2, J2, но из них независимых составных частей всего две, так как относительные содержания этих трех веществ при равновесии не являются независимыми, а взеимно связаны. Точно так же в реакции С + С02 2С0 имеется составных частей три, а независимых компонентов — два, так как наличие (и содержание) любой из этих составных частей определяется двумя другими. В обоих этих случаях три части системы связаны одним уравнением химической реакции. [c.182]

При рассмотрении равновесий между фазами, и в частности для применения правила фаз, большую роль играет число независимых составных частей системы, т. е. кисло независимых компонентов. При рассмотрении чисто фазовых равновесий, т. е. когда в системе не происходит химических реакций, понятие независимого компонента совпадает с понятием компонента. Но для химической системы, т. е. для системы, где протекают химические реакции, эти понятия не совпадают. При разложении Н1 по уравнению 2Н1 Н2+12 в состоянии равновесия находятся три компонента Н1, Нз и 1з, но из них только два (любые два) компонента являются независимыми, так как относительные количества каждого из этих трех веществ при равновесии., взаимно связаны. Если заданы концентрации любых двух из этих веществ, то этим определяется и концентрация третьего вещества, т. е. она уже не является независимой. Точно так же в реакции С+ +С0гТ 2С0 три компонента, а независимых компонентов — два, так как наличие (и содержание) любой из этих составных частей определяется двумя другими. [c.177]

Из формулы (2) видно, что на величину фактора интенсивности оказывают влияние, например, к, характеризующий кинетику массообменного процесса, параметры АС и п, тесно связанные со статическими характеристиками процесса, в частности, с равновесием между фазами, определяемым термодинамическими свойствами компонентов системы, а также параметры и Яс. Последние зависят в основном от конструктивных особенностей аппарата и физико-химических свойств перерабатываемых продуктов. Если использовать понятие коэс ициепта полезного действия 1-) ступени контакта, то [c.13]

Цель большинства процессов переработки природных газов — извлечение определенных компонентов из газовых потоков. Любой процесс переработки осуществляется при постоянном контроле давления, температуры и соотношения между паровой и жидкой углеводородными фазами. При проектировании установок переработки газа или составлении спецификаций необходимо учитывать условия начала кипения и температуру конденсации продуктов, а такж поведение системы пар—жидкость в любой точке внутри фазовой оболочки. Расчеты обычно основываются на допущении равновесного состояния между фазами, т. е. такого состояния, при котором состав жидкости и пара, находящихся в контакте между собой, с течением времени не изменяется. В тех случаях, когда время контакта фаз недостаточно для установления равновесия, применяются различного рода коэффициенты, которые учитывают зависимость процесса от времени. Понятие равновесия не применимо для статических систем, так как скорости испарения и конденсации молекул в таких системах одинаковы и состав фаз практически не изменяется. [c.43]

Понятие о твердой фазе. Термодинамическое определение фазы (см. гл. II, 9) включает следующие основные положения. Во-первых, подразумевается, что система находится в состоянии термодинамического равновесия, т. е. обеспечены условия свободного массопереноса и теплообмена как в объеме каждой фазы, так и в системе в целом. Во-вторых, каждая фаза, составляющая систему, должна быть физически однородной ее частью. При этом химическая однородность фазы не обязательна. Примером физически однородной (однофазной), но химически неоднородной системы являются воздух — молекулярный раствор газов, не взаимодействующих друг с другом, молекулярные водные растворы неэлектролитов и т. п. Химическая неоднородность в однофазной системе наблюдается только при полном отсутствии химического взаимодействия между компонентами. Если такое взаимодействие при образовании фазы возможно, то оно приводит к возникновению и физически и химически однородной однофазной системы. Например, смесь газообразного оксида азота и кислорода физически однородна. Если бы эти газы пе взаимодействовали друг с другом, то их смесь была бы однофазной, но химически неоднородной (как воздух). Поскольку в системе возмол<но химическое взаимодействие, приводящее к образованию нового вещества (дыокспд азота НОг), то состояние термодинамического равновесия наступит тогда, когда система станет и физически и химически однородной. В-третьих, термодинамическое определение фазы предусматривает наличие межфазной границы раздела — поверхности, отделяющей данную фазу от всех остальных фаз в системе н от окружающего пространства. Поверхностный слой фазы находится в иных условиях по сравнению с объемом и обладает избыточной свободной энергией. Вследствие этого свойства поверхности отличаются от свойств вещества в целом. Поэтому понятие фазы применимо к макроскопическим объектам, для которых объемные свойства являются определяющими. Если поверхностными свойствами по сравнению с объемными пренебречь нельзя (что наблюдается, например, в тонких пленках), то классическое понятие фазы становится неприменимым. При этом не имеет значения абсолютное количество вещества в объеме данной фазы, важ[ю лишь соотношение между поверхностью и объемом. Например, фазой нельзя считать тонкую масляную пленку на поверхности воды, хотя общая масса этой пленки может быть значительной. [c.302]

Наблюдающиеся отклонения обусловлены непостоянством произведения равновесных концентраций отклонения тем больше, чем выше заряд иоиов Физический смысл явления заключается в том, что частицы, переходящие в рлствор с поверхности твердого вещества, способны не только к обратному осаждению на поверхность твердой фазы (устанавливается динамическое равновесие между осадком и жидкой фазой), но и склонны к ассоциации в более сложные комплексы и к взаимодействию с растворителем, т е к образованию сольватов (в водных растворах — гидратов) Поэтому не нее молекулы и ионы, находящиеся в жидкой фазе, недут себя одинаково. Это приводит к отклонению от постоянства произведения концентраций и вызывает необходимость внедения понятия произвеОения активное тгй (П.А) при данной температуре. [c.157]

Понятие о твфдой фазе. Термодинамическое определение фазы (см. 9 гл. II) включает следующие основные положения. Во-первых, подразумевается, что система находится в состоянии термодинамического равновесия. Во-вторых, каждая фаза, составляющая систему, должна быть физически однородной ее частью. При этом химическая однородность фазы не обязательна. Примерами физически однородных (однофазных), но химически неоднородных систем являются воздух — молекулярный раствор газов, не взаимодействующих друг с другом, молекулярные водные растворы неэлектролитов и т.п. В-третьих, термодинамическое определение фазы предполагает наличие межфазной границы раздела — поверхности, отделяющей данную фазу от всех остальных фаз в системе и от окружающего пространства. Поверхностный слой фазы находится в иных условиях по сравнению с объемом и обладает избыточной свободной энергией. Вследствие этого свойства поверхности отличаются от свойств вещества в целом. Поэтому понятие фазы применимо к макроскопическим объектам, для которых объемные свойства являются определяющими. Если поверхностными свойствами по сравнению с объемными пренебречь нельзя (что наблюдается, например, в тонких пленках), то классическое понятие фазы становится неприменимым. При этом не имеет значения абсолютное количество вещества в объеме данной фазы, важно лишь соотношение между поверхностью и объемом. Например, фазой в термодинамическом смысле нельзя считать тонкую масляную пленку на поверхности воды, хотя общая масса этой пленки может быть значительной. [c.185]

Жидкость неподвижной фазы, как и прп гель-фильтрации, может быть просто иммобилизована внутри пористых гранул, илп, например, быть прочно связана с волокнами набухшей целлюлозы, илп же покрывать тонкой пленкой гранулы из сплошного материала и поверхность пор внутри них. Покрытие может осуществляться за счет смачивания, сорбции пли химическим путем. В последнем случае нередко пленка жидкости сводится к мономолекулярному слою вещества, способного удерживать близ своей поверхности молекулы колшонентов фракционируелюй смеси в соответствии со степенью их сродства к нему. В этом случае о соотношении растворимостей говорить трудно, так что лучше оперировать только понятиями сродства того или иного компонента к неподвижной и подвижной фазам, что, впрочем, с позиций теории хроматографии сведется к точно такой же, как при истинном растворении, количественной характеристике равновесного распределения фракционируемого материала между двумя фазами. Если в процессе распределительной хроматографии участвуют две истинные жидкости, то для осуществления равновесного распределения вещества они сами тоже должны быть в равновесии между собой, т. е. в случае частичной их растворимости друг в друге должны быть взаилшо насыщенными. [c.8]

Так, например, в IX классе в работе Получение аммиака и опыты с ним. Ознакомление со свойствами водного раствора аммиака обобщаются сведения об аммиаке и его соединениях о щелочной реакции раствора аммиака в воде, о взаимодействии аммиака с хлороводородом в газовой фазе, о растворимости аммиака и о динамическом равновесии между гидратом аммиака и газообразным аммиаком и т. д. При изучении реакции солей аммония с сильными основаниями одновременно рассматривается способ получения аммиака. Конкретизируется понятие об условиях протекания реакций (между сухими веществами, при нагревании) обосновывается конструкция прибора (наклон пробирки, направление газоотводной трубки). Все это предшествует практическому занятию, и учитель обязан устанавливать перспективные внутрипредметные связи. Например, при изучении свойств аммиака на уроке учитель использует прибор для его получения, которым учащиеся будут пользоваться на практическом занятии, и т. д. [c.86]

С другой стороны, самопроизвольный процесс установления равновесия между контактирующими паровой и жидкой фазами протекает во времени, а не мгновенно, и поэтому в самом понятии теоретической тарелки содержится предположение о том, что тарелка обеспечивает необходимое для достижения равновесия время. Этим идеализированным предельным условиям не отвечает практическая тарелка, работающая в реальной производственной обстановке, так как, во-первых, она характеризуется известным градиентом состава жидкости по всей своей поверхности и флегма, с нее стекающая, не имеет того же состава, что и средний состав жидкости на тарелке, а во-вторых, практическая тарелка не обеспечивает ни достаточной тесноты, ни достаточной продолжительности контакта фаз, необходимых для достижения равновесия между ннми, Паатому дол жен быть-указан-метод, озв ляющтттере-ходить от рассчитанного числа теоретических тарелок к числу практических тарелок, устанавливаемых в проектируемой колонне. [c.355]

Строго говоря, так как хроматография — процесс динамический, первостепенное значение имеют скорости адсорбции и десорбции (в газоадсорбционной хроматографии) и скорости растворения и испарения (в газожидкостной хроматографии). Эти скорости зависят от целого ряда факторов, которые не известны или плохо поняты (см. гл. 4). Однако мы знаем, что в тех условиях, в которых обычно осуществляются хроматографические разделения, кинетика обмена молекул анализируемых веществ между подвижной и неподвижной фазами является очень быстрой. Действительно, эффективность колонки связана с кинетикой обмена между фазами. Если бы кинетика была бесконечно быстрой, эффективность колонки была бы бесконечно высокой и две фазы находились бы постоянно в равновесии. Это предположение приводит к модели идеальной хроматографии. Эффективность реальных колонок является конечной величиной (см. гл. 4), но она значительна. Отклонение от равновесия в центре пика или зоны обычно очень незначительно. [c.72]

Понятие летучести приложимо не только к газам. Через летучесть могут быть выражены свойства жидких, а также твердых тел (конденсированных фаз). Действительно, если над конденсированной фазой находится ее собственный насыщенный пар, т. е. если существует равновесие между этими двумя фазами, то их термодинамические потенциалы, отнесенные к 1 молю, равны (или равны их химические потенциалы) 2конд = 2газ. Поэтому летучесть чистой жидкости или твердого тела равна летучести насыщенного пара при данной температуре. [c.145]

Синджа предполагает наличие в колонке серии гипотетических зон, называемых тарелками, высота которых соответствует достижению равновесия между двумя фазами. Авторы обратили особое внимание на фундаментальное в хроматографии понятие положения максимума вещества в колонке. Используя их уравнение расчета доли вещества ап, г в максимуме как функции коэффициента распределения О в зоне г (или тарелке) после п последовательных долей объема б У органической фазы, получим [c.478]

Процесс хроматографии с учетом нелинейной изотермы распределения и конечного объема разделяемой пробы, изложенный в работе [1], основан на понятии теоретической тарелки. Хроматографическая колонка представляется в виде последовательно сое-ди ен ных равновесных ступеней, на каждой из которых устанавливается термодинамическое равновесие между подвижной (газовой) и иеподвижной фазами. Причем концентрация сорбата во всех точках фазы в пределах одной ступени одинакова. [c.4]

Для характеристики эффективности хроматографической колонки широко используется такая величина, как число теоретических тарелок N. Это понятие вытекает из достаточно общего, нО формального описания размывания хроматографической зоны в ходе разделения, которое было предложено Мартином и Синжем [13] на основе теории теоретических тарелок. Хроматографическая колонка в этой теории рассматривается как система, состоящая из последовательно примыкающих друг к другу секций. Каждая секция является теоретической тарелкой, в которой мгновенно устанавливается равновесие компонентов анализируемой пробы между неподвижной и подвижной фазами. Хроматографический процесс моделируется как многократное повторение двух операций мгновенного переноса подвижной фазы из данной тарелки в следующую при отсутствии массообме-на между фазами и установлении равновесия между подвижной и неподвижной фазами на каждой тарелке. При числе теоретических тарелок Л/ >100 концентрация анализируемого вещества определяется по уравнению [c.22]

Закон Хлопина. Согласно закону Хлопина [37, 82] изоморфные или изодиморфные вещества, присутствующие в микроколичествах, сокристаллизуются таким образом, что при равновесии коэффициенты рарн и /)равн неизменны нри заданных содержании макрокомпонентов, температуре и обобщенных силах. Закон Хлопина подчеркивает возможность достижения равновесия между твердой и материнской фазами, применимость формулы Бертло — Нернста нри микроконцентрациях примеси и целесообразность использовать эту формулу только при сокристаллизации изоморфных или изо-диморфных веществ. Первые два положения полностью подтверждены экспериментом (см. табл. 11—15). Третье положение сужает рамки использования формулы Бертло — Нернста. Согласно экспериментальным данным эта формула применима при малых количествах примеси любой природы. Однако интервал концентраций примеси, в котором величина >равн постоянна, наиболее широк в случае изоморфных и изодиморфных веществ [82, 127], что и отмечает закон Хлопина. В формулировке закона Хлопина нет указаний на то, какой смысл вкладывается в понятие изоморфное вещество . Если следовать представлениям Митчерлиха, постоянства Драгн в широком концентрационном интервале следует ожидать при сокристаллизации химически близких и изоструктурных веществ, если же представлениям Гримма и Гольдшмидта — то при сокристаллизации изоструктурных веществ с близкими параметрами решетки и сходным типом связи [36]. Каждый из этих вариантов не объясняет всех опытных данных. [c.207]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология