В термодинамике , А компонент является одним из совокупности химически независимых составных частей системы . Количество компонентов представляет собой минимальное количество независимых видов, необходимое для определения состава всех фаз системы. [1]
Расчет числа компонентов в системе необходим при применении правила фаз Гиббса при определении числа степеней 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 [ править ]
Предположим, что химическая система имеет M элементов и N химических разновидностей (элементов или соединений). Последние представляют собой комбинации первых, и каждый вид A i может быть представлен как сумма элементов:
где Е J является символом для элемента J и A IJ является компоненты N х М матрицы . Каждый вид определяется вектором (строкой этой матрицы), но строки не обязательно линейно независимы . Если ранг матрицы равен C , то существует C линейно независимых векторов, а остальные NC- векторы могут быть получены путем сложения нескольких этих векторов. Химические вещества, представленные этими С- векторами, являются компонентами системы. [2]
Если, например, это C (в форме графита ), CO 2 и CO, то
Поскольку CO можно выразить как CO = (1/2) C + (1/2) CO 2 , 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 встречаются в одном и том же соотношении у каждого вида. Примером может служить серия полимеров , состоящих из разного количества одинаковых звеньев. Число таких ограничений задается Z . Кроме того, некоторые комбинации элементов могут быть запрещены химической кинетикой. Если таких ограничений R ' , то
Эквивалентно, если R - количество независимых реакций, которые могут иметь место, то
Константы связаны соотношением N - M = R + R ' . [2]
Примеры [ править ]
Система CaCO 3 - CaO - CO 2 [ править ]
Это пример системы с несколькими фазами, которые при обычных температурах представляют собой два твердых тела и газ. Существует три химических соединения (CaCO 3 , CaO и CO 2 ) и одна реакция:
- CaCO 3 ⇌ CaO + CO 2 .
Количество компонентов тогда 3 - 1 = 2. [1]
Вода - Водород - Кислород [ править ]
В расчет включаются 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]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Питер Аткинс и Хулио де Паула, «Физическая химия», 8-е издание (WH Freeman 2006), стр.175-176
- ^ a b Zeggeren, F. van; Стори, SH (2011). Вычисление химического равновесия (1-е изд. Изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 15–18. ISBN 9780521172257.
- ^ а б 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 .
