РІВНЯННЯ КЛАПЕЙРОНА - КЛАУЗІУСА

Термодинаміка широко використовується для вивчення фізичних або фазових рівноваг, що грають велику роль в живих системах.

У термодинаміки фазою називається сукупність однорідних, однакових за своїми властивостями частин системи.

Приклади системи, що складається з двох фаз, що знаходяться в рівновазі, - вода і суміш повітря з парами води в закритій посудині; алмаз і графіт, що представляють собою різні тверді фази вуглецю.

Залежно від агрегатного стану речовини системи підрозділяють на гомогенні і гетерогенні.

У гомогенної (однофазної) системі відсутні різкі зміни фізичних і хімічних властивостей при переході від одних областей системи до інших. Прикладом такої системи може служити плазма крові, що представляє собою розчин різних біогенних речовин.

Гетерогенна система складається з двох або більше гомогенних частин - фаз. Як приклад гетерогенного системи можна привести кров, т. Е. Плазму з клітинами (еритроцитами і лейкоцитами).

Згідно Гиббсу, хімічні потенціали речовини в різних фазах рівноважної системи рівні між собою. На підставі цієї рівності можна отримати співвідношення, що зв'язує похідну рівноважного тиску по температурі з теплотою переходу, температурою і різницею молярних об'ємів фаз, знаходячи ^ трудящих в рівновазі:

де Q - молярна теплота фазового переходу (теплота, що поглинається або виділяється при фазовому переході) при температурі Т; V 2 -V- різниця молярного об'єму речовини при переході з фази 1 в фазу 2; dpIdT - температурний коефіцієнт тиску насиченої пари при фазовому рівновазі.

Це співвідношення, що отримало назву рівняння Клапейрона - Клаузіуса, описує перехід речовини з однієї фази в іншу (як в процесах випаровування, плавлення, сублімації).

Рівняння Клапейрона - Клаузіуса показує, що знак похідної тиску по температурі залежить від того, яким зміною обсягу (зростанням або зменшенням) супроводжується фазовий перехід при даній теплоті.

Це рівняння може бути застосовано до будь-яких фазових переходів, що супроводжується поглинанням або виділенням теплоти (фазових переходів I роду).

Рівняння Клапейрона - Клаузіуса - диференціальне рівняння кривої фазового рівноваги в змінних р і Т, для вирішення якого необхідно знати, як змінюються величини Q, V h V 2 в залежності від температури Т. Ці залежності зазвичай отримують емпірично, рівняння Клапейрона - Клаузіуса вирішують чисельно.

При переходах, що відбуваються з поглинанням теплоти (для здійснення переходу речовина нагрівається, Q> 0), знак похідної dp / dT визначається знаком різниці обсягів V 2 -V ,.

Якщо речовина в фазі 2 займає більший обсяг, ніж в фазі 1, т. Е. V 2 > Vi, то температура переходу зростає зі збільшенням тиску. І навпаки, тиск, з якого починається перехід, підвищується зі збільшенням температури. Така залежність характерна, наприклад, для процесів випаровування і сублімації.

Рівняння Клапейрона - Клаузіуса - один із прикладів кількісного вираження принципу Ле Шательє. Згідно з цим принципом, якщо на систему, що знаходиться в рівновазі, подіяти ззовні, змінюючи будь-яка з умов, що визначають рівновагу, то стимулюється зміщення рівноваги в напрямку, при якому ефект зовнішнього впливу зменшується.

Наприклад, при нагріванні в рівноважної системі відбуваються хімічні реакції з поглинанням теплоти, при охолодженні - з виділенням теплоти.

Це положення є наслідком другого закону термодинаміки (К. Браун) і пов'язано із загальним умовою термодинамічної рівноваги (максимальність ентропії термодинамічної системи в стані рівноваги).

Таким чином, принцип Ле Шательє дозволяє визначати напрямок процесів при впливі на рівноважну систему будь-якої складності без детального аналізу всіх структурних особливостей системи і умов рівноваги.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >