Правило фаз

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Фазова діаграма


Прáвило фаз, або правило Гіббса - співвідношення, що пов'язує кількість різних речовин (компонентів), фаз і термодинамічних ступенів свободи у гетерогенній системі (у стані термодинамічної рівноваги). Цим правилом користуються для знаходження у певному пункті фазової діаграми найвищого значення кількості термодинамічних ступенів свободи.

f = N - P + 2,

де f - кількість термодинамічних ступенів свободи; N - кількість компонентів системи; P - кількість фаз.

f\;=\;N\;-\;P\;+\;1,

тому що на тверду речовину зміна тиску впливає трішки або зовсім не впливає.

Теорія[ред.ред. код]

Умовою співіснування фаз є рівність хімічних потенціалів кожної з речовин у кожній із фаз. Хімічний потенціал речовини в певній фазі залежить від N+1 змінних: температури, тиску, концентрацій речовин у фазі, яких налічується N-1. Якщо таких фаз P, то загалом налічується P(N-1) +2 змінні. Кількість рівнянь, в яких прирівнюються хімічні потенціали кожної з речовин у кожній із фаз  N(P-1) . Таким чином, необхідна умова того, що хімічні потенціали можна прирівняти:

 P <= N +2 ,

а число  f = N+2 -P визначає кількість змінних, які можна обрати довільно. Ці змінні отримали назву термодинамічних ступенів свободи.

Приклади[ред.ред. код]

Вода[ред.ред. код]

Вода може перебувати в трьох фазах: у вигляді криги, рідини та (пари) газу. Стан, коли всі три фази співіснують, має

 f = 1 - 3 +2 = 0

ступенів свободи. Тому на фазовій діаграмів він може позначатися лише одніїю точкою (це потрійна точка води).

Стан, коли співіснують 2 фази (наприклад, вода й газ) має

 f = 1 -2 +2 = 1

ступенів свободи, тобто зображається на фазовій діаграмі лінією. Справді, в залежності від тиску й температури вода й пара можуть існувати в різних співвідношеннях. Проте, при вибраній температурі тиск і співвідношення води в рідкому стані і парі у рівноважному стані фіксоване. Для заданого тиску існує єдина температура, при якій водяна пара над поверхнею рідини насичена (точка роси).

Суміші[ред.ред. код]

Суміш двох речовин може існувати щонайбільше в чотирьох фазах одночасно, оскільки для неї N = 2, і при f = 0 число P повинно дорівнювати чотирьом. Відповідно, максимальна кількість фаз для суміші трьох речовин - п'ять тощо. Для бінарної суміші потрійні точки складатимуться в лінії (число ступенів свободи f = 1), а співіснування двох фаз задається повехнею в просторі, визначеному тиском, температурою і концентрацією однієї з речовин.

Історія[ред.ред. код]

Правило фаз сфорулював у 1870-их Джозая Віллард Ґіббс.