Mavzu: fazaviy muvozanatlar

1. Fazaviy muvozanatning asosiy qonuni
Moddalarning bir fazadan ikkinchisiga o‘zaro o‘tishlari ham, kimyoviy reaksiyalar ham kuzatilishi mumkin bo‘lgan geterogen sistemalar fazaviy muvozanatning asosiy qonuni orqali ifodalanadi, bu esa termodinamika ikkinchi qonunining muxim qo‘llanishlaridan biridir. Ushbu qonun ko‘pincha Gibbsning fazalar qoidasi deb ataladi.
Fazalar qoidasini keltirib chiqarish uchun muvozanat holatidagi sistema komponentlari sonini k bilan, fazalar sonini esa F bilan belgilaymiz.
Har bir fazada k ta komponent mavjud, ammo temperatura va bosimning hohlagan qiymatlarini berib biz istisnosiz barcha komponentlarning konsentratsiyalarini hohlagancha tanlay olamiz, komponentlardan birining konsentratsiyasi aniq bir qiymatni qabul qilishi kerak. O‘zaro ta’sirlashmaydigan bir necha gazlarning aralashmasini ko‘rib chiqamiz. Berilgan temperatura va berilgan umumiy bosimda, bitta gazdan tashqari, barcha gazlarning konsentratsiyalarini hohlagancha tanlab olish mumkin. Oxirgi gazning konsentratsiyasi umumiy bosim bilan qolgan barcha parsial bosimlar summasi orasidagi ayirmaga teng bo‘lgan parsial bosimga aniq mos kelishi shart.
Suyuq sistemalarda ham xuddi shunday bitta komponentdan tashqari barcha komponentlarning konsentratsiyalarini hohlagancha tanlash mumkin, oxirgi komponentning konsentratsiyasi esa aniq qiymatga ega bo‘ladi.
SHunday qilib, har bir fazadagi mustaqil konsentratsiyalarning soni (k-1) ga teng bo‘ladi, barcha F fazalardagi mustaqil konsentratsiyalarning umumiy soni esa F(k-1) ni tashkil etadi. Topilgan konsentratsiyalarning sonidan tashqari, bosim va temperatura ham mustaqil o‘zgaruvchilardir. SHuning uchun tengliklardan olingan tenglamalar sistemasi qamrab olgan mustaqil o‘zgaruvchilarning umumiy soni
F(k-1)+2
ga teng bo‘ladi.
Agar mustaqil o‘zgaruvchilar soni ularni bog‘lab turuvchi tenglamalar soniga teng bo‘lsa quyidagini yozishimiz mumkin
k(F-1) = F(k-1)+2
U holda har bir mustaqil o‘zgaruvchi qandaydir qat’iy bir qiymatni qabul qiladi va butun sistema temperatura, bosim va komponentlar konsentratsiyalarining barcha fazalardagi birdan–bir mumkin bo‘lgan qiymatlarida mavjud bo‘la oladi.
Agar tenglamalar soni mustaqil o‘zgaruvchilar sonidan kichik bo‘lsa, ularning farqi F ushbu tenglamalar yoki fazalar sonida hohlagan qiymatlarni berish mumkin bo‘lgan o‘zgaruvchilarning sonini ko‘rsatadi, chunki tenglamalar sonini fazalar soni belgilaydi:
F = F(k-1)+2-k(F-1)
tenglama o‘zgartirishlardan so‘ng quyidagi
F+F=k+2
ko‘rinishni oladi. Ushbu tenglama 1876 yilda Gibbs tomonidan taklif qilingan tenglama bo‘lib, fazalar qoidasini ifodalaydi.
Agar sistemaning mavjudlik sharoitlari bosim va temperaturalardan tashqari yana qandaydir o‘zgaruvchan intensivlik faktorlari bilan belgilansa, masalan elektr potensiali bilan, u holda mustaqil o‘zgaruvchilar soni ko‘payadi. Agar, aksincha, sistemaning holat parametrlaridan ayrimlari doimiy qilib ushlab turilsa, unda mustaqil o‘zgaruvchilar soni kamayadi. SHuning uchun umumiy holda tashqi faktorlarning sonini n bilan belgilab, Gibbsning fazalar qoidasini quyidagi
F+F=k+n
tenglama bilan ifodalanadi.