Компонент (термодинамика)

редактировать

В термодинамике, a компонент является одним из набора химически независимых компонентов системы системы. Количество компонентов представляет собой минимальное количество независимых видов, необходимое для определения состава всех фаз системы.

Расчет количества компонентов в системе необходимо при применении правила фаз Гиббса при определении числа степеней свободы системы.

Количество компонентов равно количеству различных химических соединений (составляющих) за вычетом количества химических реакций между ними, за вычетом количества любых ограничений (например, нейтральность заряда или баланс молярных количеств).

Содержание

  • 1 Расчет
  • 2 Примеры
    • 2.1 CaCO 3 - CaO - CO 2 система
    • 2.2 Вода - водород - кислород
  • 3 Ссылки

Расчет

Предположим, что химическая система состоит из M элементов и N химических соединений (элементов или соединений). Последние представляют собой комбинации первых, и каждый вид A i может быть представлен как сумма элементов:

A i = ∑ jaij E j, {\ displaystyle A_ {i} = \ sum _ {j} a_ {ij} E_ {j},}{\ displaystyle A_ {i} = \ sum _ {j} a_ {ij} E_ {j},}

где E j - символ для элемента j, а a ij - компоненты N x M матрица. Каждый вид определяется вектором (строкой этой матрицы), но строки не обязательно линейно независимы. Если rank матрицы равен C, то имеется C линейно независимых векторов, а оставшиеся N-C векторов могут быть получены путем сложения нескольких этих векторов. Химические частицы, представленные этими векторами C, являются компонентами системы.

Если, например, это частицы C (в форме графита ), CO 2 и CO, тогда

[1 0 1 2 1 1] [CO] = [CCO 2 CO]. {\ displaystyle {\ begin {bmatrix} 1 0 \\ 1 2 \\ 1 1 \ end {bmatrix}} {\ begin {bmatrix} C \\\\ O \ end {bmatrix}} = {\ begin {bmatrix} C \\ CO_ {2} \\ CO \ end {bmatrix}}.}{\ displaystyle {\ begin {bmatrix} 1 0 \\ 1 2 \\ 1 1 \ end {bmatrix}} {\ begin {bmatrix } C \\\\ O \ end {bmatrix}} = {\ begin {bmatrix} C \\ CO_ {2} \ CO \ end {bmatrix}}.}

Поскольку CO можно выразить как CO = (1/2) C + (1/2) CO 2, это не независимые, а C и CO могут быть выбраны в качестве компонентов системы.

Есть два способа, которыми векторы могут быть зависимыми. Во-первых, некоторые пары элементов всегда присутствуют в одном и том же соотношении у каждого вида. Примером является серия полимеров, которые состоят из разного количества одинаковых звеньев. Число таких ограничений задается Z. Кроме того, некоторые комбинации элементов могут быть запрещены химической кинетикой. Если количество таких ограничений равно R ', то

C = M - Z + R ′. {\ displaystyle C = M-Z + R '.}{\displaystyle C=M-Z+R'.}

Эквивалентно, если R - количество независимых реакций, которые могут иметь место, тогда

C = N - Z - R. {\ displaystyle C = NZR.}{\ displaystyle C = NZR.}

Константы связаны соотношением N - M = R + R '.

Примеры

CaCO 3 - CaO - CO 2 система

Это пример системы с несколькими фазами, которые при обычных температурах представляют собой два твердых вещества и газ. Существует три химических соединения (CaCO 3, CaO и CO 2) и одна реакция:

CaCO 3 ⇌ CaO + CO 2.

Число компонентов составляет 3 - 1 = 2.

Вода - Водород - Кислород

В расчет включены только те реакции, которые действительно происходят в данных условиях, а не те, которые могут произойти. в других условиях, таких как более высокая температура или присутствие катализатора. Например, диссоциация воды на ее элементы не происходит при обычной температуре, поэтому система воды, водорода и кислорода при 25 ° C имеет 3 независимых компонента.

Ссылки

  1. ^ Питер Аткинс и Хулио де Паула, «Физическая химия», 8-е издание (WH Freeman 2006), стр.175-176
  2. ^ Зеггерен, Ф. ван; Стори, С. Х. (2011). Вычисление химического равновесия (1-е изд. Изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 15–18. ISBN 9780521172257.
  3. ^ Чжао, Мую; Ван, Зичен; Сяо, Лянчжи (июль 1992 г.). «Определение количества независимых компонентов по методу Бринкли». Журнал химического образования. 69 (7): 539. doi :10.1021/ed069p539.
Последняя правка сделана 2021-05-15 08:18:32
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте