Правило фаз Гиббса

Фазой называется совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых во всех точках по составу и по всем химическим и физическим свойствам (не зависящим от количества вещества) и ограниченных от других частей некоторой поверхностью (поверхностью раздела).

 

 

Пра́вило фаз (или Правило фаз Гиббса) — соотношение, связывающее число веществ (компонентов), фаз и степеней свободы в гетерогенной системе. Это правило говорит, что в состоянии равновесия системы может одновременно существовать только конечное количество фаз.

 

Правило фаз записывается следующим образом:

j + v = k + n

 

где j — число фаз (например, агрегатное состояние), v — число степеней свободы, k — компоненты системы (примеры: H2O, CO2), n — число параметров, определяющих равновесное состояние системы.

 

При переменном давлении (т. е. для жидкостей и газов, т. к. изменение давления на состояние твёрдого тела практически не влияет) правило фаз сводится к выражению:

j + v = k + 2.

 

В случае однокомпонентной системы оно упрощается до:

j + v = 3,

 

что значит, что в однокомпонентной системе при заданном давлении и температуре могут сосуществовать три фазы. На фазовой диаграмме это соответствует тройной точке.

 

При изменении либо давления, либо температуры могут сосуществовать две фазы и вторая переменная зависима, что соответствует линии. Если фаза одна, то число степеней системы равно двум, и температура и давление могут меняться до тех пор, пока система не окажется на одной из ограничивающих область линий.

 

Из лекций:

Энергией Гиббса (или потенциалом Гиббса, или просто термодинамическим потенциалом в узком смысле) называют термодинамический потенциал следующего вида:

 

Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) — полная энергия этого тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле сил. Следовательно, внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.

 

Для квазистатических процессов выполняется следующее соотношение:

 

μ — химический потенциал, который можно определить как энергию, которую необходимо затратить, чтобы добавить в систему ещё одну частицу.

 

Дифференциал энергии Гиббса для системы с постоянным числом частиц:

 

Для системы с переменным числом частиц

Химический потенциал применяется при анализе систем с переменным числом частиц, а также при изучении фазовых переходов.