Fazno pravilo

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje

Fázno pravílo (tudi Gibbsovo fázno pravílo) [gíbsovo ~ ~] podaja število prostostnih stopenj zaprtega sistema (s) v stanju termodinamskega ravnovesja kot funkcijo števila ločenih faz (f) in števila kemijskih komponent (k) v sistemu:

V 1870. letih ga je iz osnov termodinamike izpeljal Josiah Willard Gibbs.

Izpeljava[uredi | uredi kodo]

Število prostostnih stopenj je enako razliki med številom spremenljivk in številom vezi v sistemu. Najprej naj se izračuna število spremenljivk. Za opis sistema se potrebujeta dve intenzivni spremenljivki, temperaturo T in tlak p, ter molski delež X vsake od k komponent v vsaki od f faz:

Skupno je to spremenljivk.

Naj se izračuna zdaj še število vezi. Najprej mora veljati, da se molski deleži v vsaki fazi seštejejo v celoto:

To je f enačb.

Nadalje velja tudi, da je kemijski potencial enak za vsako komponento v vsaki od faz:

Skupno število prostostnih stopenj je torej:

Zgledi[uredi | uredi kodo]

Za zgled sistema z eno komponentno () naj se vzame vodo.

  • kadar so tri faze (led, voda in vodna para) v ravnovesju, velja , je število prostostnih stopenj enako nič, . Temperatura in tlak sta v takem stanju natanko določena. To stanje ustreza trojni točki, ki jo voda doseže pri temperaturi 273,16 K in tlaku 611,73 Pa.
  • kadar sta dve fazi v ravnovesju (), denimo pri pogojih taljenja ali vretja, velja . Eno od intenzivnih spremenljivk, npr. tlak, se vzame za prosto, drugo, npr. temperaturo taljenja, pa se izrazi kot funkcijo prve.
  • stran od meja med fazami v faznem diagramu vode obstaja samo ena faza (led, voda ali vodna para), zategadelj in . Temperaturo in tlak se lahko spreminja neodvisno. Opazi se lahko tudi, da sta neodvisni spremenljivki res samo dve: tretja, denimo prostornina, je z njima povezana s splošno plinsko enačbo.