Součást (termodynamika) - Component (thermodynamics)

v termodynamika, a součástka je jednou ze souboru chemicky nezávislých složek ofa Systém. Počet komponent představuje minimální počet nezávislých druh je nutné definovat složení ze všech fáze systému.^[1]

Při aplikaci je nutný výpočet počtu komponent v systému Gibbsovo fázové pravidlo při stanovení počtu stupně svobody systému.

Počet složek se rovná počtu odlišných chemických druhů (složek), minus počet chemických reakcí mezi nimi, minus počet jakýchkoli omezení (jako je neutralita náboje nebo rovnováha molárních množství).

Výpočet

Předpokládejme, že chemický systém má $M$ prvky a $N$ chemické látky (prvky nebo sloučeniny). Druhé jsou kombinací prvního a každého druhu $A i$ lze reprezentovat jako součet prvků:

{ displaystyle A_ {i} = součet _ {j} a_ {ij} E_ {j},}

kde $E j$ je symbol pro prvek $j$ a $A ij$ jsou součástmi $N X M$ matice. Každý druh je určen vektorem (řádek této matice), ale řádky nemusí být nutně lineárně nezávislé. Pokud hodnost matice je $C$ , pak existují $C$ lineárně nezávislé vektory a zbývající $N-C$ vektory lze získat sečtením násobků těchto vektorů. Chemické druhy, které představují $C$ vektory jsou komponenty systému.^[2]

Pokud je například druh C (ve formě grafit ), CO₂ a 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}}.}

Protože CO lze vyjádřit jako CO = (1/2) C + (1/2) CO₂, není nezávislý a jako komponenty systému lze zvolit C a CO.^[3]

Existují dva způsoby, jak mohou být vektory závislé. Jedním z nich je, že některé páry prvků se u každého druhu vždy objevují ve stejném poměru. Příkladem je řada polymery které se skládají z různého počtu identických jednotek. Počet takových omezení je dán vztahem $Z$ . Některé kombinace prvků mohou být navíc zakázány chemickou kinetikou. Pokud je počet takových omezení $R '$ , pak

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

Ekvivalentně, pokud $R$ je tedy počet nezávislých reakcí, které mohou proběhnout

{ displaystyle C = N-Z-R.}

Konstanty souvisejí s $N - M = R + R '$ .^[2]

Příklady

CaCO₃ - CaO - CO₂ Systém

Toto je příklad systému s několika fázemi, kterými jsou za běžných teplot dvě pevné látky a plyn. Existují tři chemické druhy (CaCO₃, CaO a CO₂) a jedna reakce:

CaCO₃ ⇌ CaO + CO₂.

Počet komponent je pak 3 - 1 = 2.^[1]

Voda - vodík - kyslík

Reakce zahrnuté do výpočtu jsou pouze ty, které se skutečně vyskytují za daných podmínek, a nikoli ty, které by mohly nastat za různých podmínek, jako je vyšší teplota nebo přítomnost katalyzátoru. Například k disociaci vody na její prvky nedochází při běžné teplotě, takže systém vody, vodíku a kyslíku při 25 ° C má 3 nezávislé složky.^[1]^[3]

Reference

^ ^A ^b ^C Peter Atkins a Julio de Paula, „Fyzikální chemie“ 8. vydání (W.H. Freeman 2006), str.175-176
^ ^A ^b Zeggeren, F. van; Storey, S. H. (2011). Výpočet chemických rovnováh (1. s. Ed.). Cambridge University Press. str. 15–18. ISBN 9780521172257.
^ ^A ^b Zhao, Muyu; Wang, Zichen; Xiao, Liangzhi (červenec 1992). "Určení počtu nezávislých komponent Brinkleyovou metodou". Journal of Chemical Education. 69 (7): 539. doi:10.1021 / ed069p539.

[Atkins-1] A ^b ^C Peter Atkins a Julio de Paula, „Fyzikální chemie“ 8. vydání (W.H. Freeman 2006), str.175-176

[van_Zeggeren-2] A ^b Zeggeren, F. van; Storey, S. H. (2011). Výpočet chemických rovnováh (1. s. Ed.). Cambridge University Press. str. 15–18. ISBN 9780521172257.

[Zhao-3] A ^b Zhao, Muyu; Wang, Zichen; Xiao, Liangzhi (červenec 1992). "Určení počtu nezávislých komponent Brinkleyovou metodou". Journal of Chemical Education. 69 (7): 539. doi:10.1021 / ed069p539.

[1]

[2]

[3]