Основы учения о фазовых равновесиях. 
Диаграммы состояния «состав-свойство»

Учение о фазовых равновесиях — один из разделов классической термодинамики, в котором изучаются условия равновесного сосуществования веществ в различных агрегатных состояниях. Данные о термодинамических свойствах равновесных фаз и их геометрической интерпретации в виде диаграммы состояния представляют собой научный фундамент, опираясь на который можно осуществить разработку технологий многих силикатных материалов.

Понятие о системе и параметрах системы

Системой называется выделяемое из окружающей среды материальное тело (или их совокупность), ограниченное поверхностью (физической или воображаемой), с которой оно взаимодействует путем обмена энергией или веществом.

В зависимости от характера взаимодействия с определенной средой различают системы:

• — изолированные;
• — закрытые;
• — открытые.

Изолированные системы не обмениваются с окружающими системами ни энергией, ни веществом и, следовательно, имеют постоянный объем. К закрытым системам относят системы, не обменивающиеся веществом, но обменивающиеся энергией (теплотой, работой).

Различают такие системы:

• — гомогенные — не имеющие внутри себя поверхностей раздела, различающихся по свойствам;
• — гетерогенные — содержащие указанные поверхности раздела;
• — конденсированные — состоящие только из твердых или жидких веществ.

Значение свойств, характеризующих состояние системы, называют ее параметрами состояния. К ним относят:

• — температуру — Т
• — давление — Р
• — концентрацию — С;
• — объем или плотность — V, р;
• — электрический потенциал, магнитное поле, поверхностное натяжение и др.

Различают внешние параметры (температуру, давление), которые воздействуют на систему извне, и внутренние (концентрация, удельный объем), присущие внутренним частям системы.

Параметры подразделяются на:

• — экстенсивные (объем, масса, внутренняя энергия Гиббса), значения которых пропорциональны массе и аддитивны по свойствам;
• — интенсивные (температура, давление, концентрация и др.), не зависят от массы, а определяются только состоянием системы и не являются аддитивными.

Параметры системы взаимосвязаны, поэтому для однозначной характеристики можно выбрать некоторое минимально возможное число параметров, называемых независимыми.

В качестве независимых выбирают такие параметры, которые поддаются непосредственному измерению: температура, давление, концентрация. Аналитическое состояние системы выражается в вице уравнений состояния, связывающих между собой независимые параметры находящейся в равновесии системы. Для большинства реальных систем явный вид уравнений состояния неизвестен. В связи с этим для термодинамического описания системы пользуются так называемыми функциями состояния, которые могут быть однозначно определены через параметры состояния. Энергия Гиббса для закрытых систем является функцией, независимые параметры — Г—температура и Р—давление:

где Н — энтальпия; S — энтропия; U — внутренняя энергия;/?^— работа расширения.

Фаза. Фазой называется часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела и характеризующаяся во всех своих точках одинаковым составом и свойствами. Отметим следующие особенности фазы как части гетерогенной термодинамической системы:

• 1. Фаза находится в термодинамическом равновесии. Применение термина «фаза» к метастабильным соединениям неправильно. «Стеклофаза» — неправильный термин.
• 2. Каждая фаза обладает определенными индивидуальными свойствами, и, следовательно, между фазами должна существовать межфазная граница — поверхность раздела, переход через которую от одной фазы к другой сопровождается резким скачкообразным изменением свойств.
• 3. Понятие фазы применимо только к макроскопическим объектам, для которых свойства вещества в объеме являются определяющими по сравнению с поверхностными. В коллоидах при высокой дисперсности твердое вещество не может выступать в качестве самостоятельной фазы — это уже мицелла.