Глава 2. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ

2.1. АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ И ФАЗЫ

Фундаментальным свойством материи является возможность существования веществ в различных агрегатных состояниях - жидком, твердом и газообразном. Агрегатное состояние - понятие более общее, нежели фаза. Некоторые вещества могут существовать в одном и том же агрегатном состоянии - твердом, но в разных кристаллических формах (фазах). Например, алмаз и графит - две фазы твердого углерода. Лед имеет четыре различные модификации, твердая сера - две (ромбическую и моноклинную), фосфор - три (белый, красный и черный). Если вещество может существовать в разных кристаллических формах, то говорят, что оно проявляет аллотропию, и различные кристаллические модификации называют аллотропными фазами. Аллотропные свойства есть почти у половины всех элементов.

Фаза - это однородная, гомогенная часть системы, отделенная поверхностью раздела от других фаз. При переходе через поверхность раздела свойства системы резко меняются. Поверхность раздела фаз обычно представляет собой тонкий слой порядка 10^-9-10^-8 м (1-10 нм), в котором молекулы находятся в особых условиях.

Если нет внешних полей, то во всех точках фазы система имеет одинаковые свойства независимо от размеров фазы. Однако если фаза содержит небольшое число молекул и ее размеры не превышают 10^-6 м = 10³ нм, то свойства поверхности раздела начинают влиять на свойства фазы. Системы c развитой поверхностью раздела являются предметом особой науки - коллоидной химии. В физической химии изучают фазы больших размеров, в которых влиянием поверхности раздела на свойства фаз можно пренебречь.

Системы, содержащие только одну фазу, называют гомогенными, а системы из нескольких фаз - гетерогенными.

2.2. УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ ФАЗ

Система находится в равновесии, если ее свойства не меняются с течением времени. В одно и то же равновесное состояние можно прийти с двух сторон, например, со стороны высоких или низких температур или же со стороны больших или малых концентраций. В равновесии устанавливаются одинаковые температуры Т, давления р и химические потенциалы μ всех фаз.