В гетерогенных системах при отсутствии химического взаимодействия между компонентами возможны только фазовые переходы. Пример: лед - вода - пар.
Равновесия в гетерогенных системах называются фазовыми равновесиями. Они устанавливаются на границе фаз и характеризуются тем, что Л G = 0.
Фаза (Ф) - однородная по составу и термодинамическими свойствами часть системы, отделенная от других частей границей раздела. Например, насыщенный раствор соли (три фазы: твердый, жидкий и пара).
Компонент (К) - составная часть системы (фазы), которая может существовать отдельно.
Например: в системе "лед - вода - пар" один компонент - вода. Для определения числа К является условие, что число компонентов равно числу веществ, составляющих систему. Это для систем, в которых не проходят реакции. А для тех, в которых реакции происходят, число К равно числу составляющих веществ минус число реакций между ними.
Пример: СаС03 (тв) ^ CaO (тв) + С02 (г) Здесь берут всего два любых компоненты том, что третий можно получить с их помощью. Итак, независимый компонент - это наименьшее число составляющих, из которых может быть образована система.
Пример: лед - вода - пар. Независимым компонентом является вода.
Степень свободы (S, C) - это число переменных, т.е. параметров, которые можно изменить (Р, Т, С), не изменяя числа фаз.
Например: система Н2О (пара) ^ Н2О (жидкость) состоит из двух фаз. В этой системе можно менять Т и Р (до некоторых пределов), не изменяя числа фаз.
Между К, С, и Ф существует связь, установивший Гиббс. Он называется правилом фаз: число степеней свободы равновесной термодинамической системы равно количеству независимых компонентов плюс n - внешних факторов минус число фаз:
С = К + n - Ф. (6.51)
В связи с этим существуют:
- Одно-, двух-и т.д. фазные системы;
- Одно-, двух-и более компонентные системы;
- Инвариантные, одно-, двух-, ... вариантные системы с числом степеней свободы.
Пример: Однокомпонентная, трехфазная система "лед - вода - пар" в равновесии. Ее можно описать с помощью диаграммы состояния, выражающая зависимость состояния системы от внешних условий и от состава системы. Фазовые диаграммы строятся на данных опытов и широко используются для изучения различных систем.