Компонент (термодинамика) - Component (thermodynamics)

В термодинамика, а компонент является одним из химически независимых компонентов система. Количество компонентов представляет собой минимальное количество независимых разновидность необходимо определить сочинение из всех фазы системы.^[1]

Расчет количества компонентов в системе необходим при применении Правило фаз Гиббса в определении количества степени свободы системы.

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

Расчет

Предположим, что химическая система имеет M элементы и N химические вещества (элементы или соединения). Последние представляют собой комбинации первых, и каждый вид А_я можно представить в виде суммы элементов:

${\displaystyle A_{i}=\sum _{j}a_{ij}E_{j},}$

куда E_j это символ элемента j и а_ij компоненты N Икс M матрица. Каждый вид определяется вектором (строкой этой матрицы), но строки не обязательно линейно независимый. Если классифицировать матрицы C, то есть C линейно независимые векторы, а остальные N-C векторы могут быть получены путем сложения нескольких этих векторов. Химические вещества, представленные C векторы составные части системы.^[2]

Если, например, разновидностями являются C (в виде графит ), CO₂ и CO, то

${\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0\\1&2\\1&1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}C\\\\O\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}C\\CO_{2}\\CO\end{bmatrix}}.}$

Поскольку CO можно выразить как CO = (1/2) C + (1/2) CO₂, он не является независимым, и C и CO могут быть выбраны в качестве компонентов системы.^[3]

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 может служить серия полимеры которые состоят из разного количества одинаковых единиц. Количество таких ограничений определяется выражением Z. Кроме того, некоторые комбинации элементов могут быть запрещены химической кинетикой. Если количество таких ограничений равно Р', тогда

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

Эквивалентно, если р это количество независимых реакций, которые могут иметь место, тогда

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

Константы связаны соотношением N - M = R + R '.^[2]

Примеры

CaCO₃ - CaO - CO₂ система

Это пример системы с несколькими фазами, которые при обычных температурах представляют собой два твердых тела и газ. Есть три химических вида (CaCO₃, CaO и CO₂) и одна реакция:

CaCO₃ ⇌ CaO + CO₂.

Количество компонентов тогда 3 - 1 = 2.^[1]

Вода - водород - кислород

В расчет включены только те реакции, которые действительно происходят в данных условиях, а не те, которые могут происходить 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.^[1][3]

Рекомендации

1. Питер Аткинс и Хулио де Паула, «Физическая химия», 8-е издание (W.H. Freeman 2006), стр.175-176.
2. Зеггерен, Ф. ван; Стори, С. Х. (2011). Вычисление химического равновесия (1-е изд. ПБК). 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. Дои:10.1021 / ed069p539.