Cesko.wiki Gibbsův zákon fází
Author
Albert FloresGibbsův zákon fází představuje kritérium rovnováhy v heterogenních soustavách. Tento zákon lze zapsat v následujícím tvaru: :v=s-f+2, kde v je počet stupňů volnosti soustavy (tj. počet na sobě nezávislých intenzivních veličin, jejichž změnou není rovnováha porušena), f je celkový počet fází soustavy, a s je počet nezávislých (chemických) složek soustavy.
Odvození
Pro odvození Gibbsova fázového zákona je nutné nejdříve definovat popsání složení směsi a omezující podmínky.
Pro popsání složení směsi použijeme následující úvahu. Jeli v každé fázi s složek pak můžeme vytvořit směsi o s-1 složení. +more V systému je f fází, proto lze tedy zvolit (s-1)\cdot f složení.
K vyjádření omezující podmínky z důvodu fázové rovnováhy můžeme volit f - 1 fází. Omezující podmínka je tedy (f-1)\cdot s , kvůli volbě veličin používaných při popisu fázového diagramu je nutné přičíst 2, poté tedy (f-1)\cdot s +2 .
Po odečtení omezující podmínky od popsání složení směsi tedy dostaneme Gibbsův fázový zákon.
f\cdot(s-1)- s\cdot(f-1)+2 = s-f +2
Příklad
vody. +more Je vidět, že na rozhraní mezi kapalnou a pevnou fází musíme při zvýšení tlaku trochu snížit teplotu, aby byla směs ledu a vody stálá. Volně můžeme pohybovat tedy vždy jen s jednou veličinou. Jako příklad můžeme uvést heterogenní směs ledu a kapalné vody, která bude ve stavu termodynamické rovnováhy (s níž se setkáváme např. při kalibraci teploměru), což mj. znamená, že už v ní nebude probíhat tepelná výměna a tak se látková množství v daných skupenstvích nebudou měnit. V takovém případě položíme s=1, protože se zde vyskytuje pouze jedna chemická sloučenina (H2O), f=2, protože led a voda jsou dohromady dvě různé fáze, a v potom vychází 1, protože pokud budeme měnit jednu intenzivní veličinu (např. tlak), všechny ostatní intenzivní veličiny (např. teplota) jsou na tomto tlaku závislé, aby mohla být zachována rovnováha. Jinými slovy: směs ledu a vody je systém, jehož stav lze na fázovém diagramu vody umístit na hraniční křivku mezi pevným a kapalným skupenstvím. Aby systém na této křivce zůstal, ke změně jedné veličiny náleží jasně daná změna druhé veličiny.
Zase v případě systému jedné fáze bychom v diagramu měli na výběr posun v obou souřadnicích. Fázové pravidlo udává totiž o jeden stupeň větší v, protože f je o jednu menší. +more Na příkladu vody by to byl systém sestávající např. pouze z kapalného skupenství. Bylo by možné měnit tlak i teplotu (v určitých mezích), aniž bychom se mimo toto skupenství dostali.
