ФАЗ ПРАВИЛО

ФАЗ ПРАВИЛО, закон, выведенный в 1876 Дж.Гиббсом из термодинамических принципов и описывающий условия равновесия в гетерогенной системе. Прежде чем формулировать его, определим такие понятия, как фаза, число компонентов и вариантность. Фаза – это однородная часть системы с определенными физическими свойствами, которая отделена от других частей четкой границей раздела. Например, лед, вода и пар – три фазы, в которых может находиться водная система. Число компонентов определяется минимальным числом независимых химических веществ, которые задают состав каждой из фаз. Для водной системы имеется только один такой компонент – вода. Вариантность (число степеней свободы) – это число параметров состояния, таких, как температура, давление или концентрация, которые необходимо задать, чтобы полностью определить равновесное состояние системы.

Если система находится вне поля сил (гравитационных, электрических, магнитных, сил поверхностного натяжения), а равновесие между фазами определяется только температурой, давлением и составом, то вариантность F связана с числом компонентов С и фаз Р, находящихся в равновесии, следующим соотношением (правило фаз Гиббса):

F = C – P + 2

Для однокомпонентной системы C = 1, и в соответствии с правилом фаз F = 3 – P, или F + P = 3, т.е. сумма вариантности и числа фаз, находящихся в равновесии, должна равняться 3. Если имеется только одна фаза (например, вода), то система является дивариантной. Это значит, что два параметра (например, температура и давление) могут меняться (конечно, в определенных пределах) без появления новой фазы. Если в равновесии находятся две фазы (например, вода и насыщенный пар), то температура и давление связаны друг с другом функциональной зависимостью, т.е. произвольно можно выбирать лишь одну из них: если подвергнуть систему большему давлению, чем равновесное, то пар превратится в воду. Такую систему называют моновариантной. И наконец, трехфазная система нонвариантна (инвариантна). Это означает, что три фазы однокомпонентной системы (например, лед, вода и пар) могут находиться в равновесии лишь при определенных температуре и давлении.