Gibbsův zákon fází
Gibbsův zákon fází představuje kritérium rovnováhy v heterogenních soustavách. Tento zákon lze zapsat v následujícím tvaru:
- ,
kde je počet stupňů volnosti soustavy (tj. počet na sobě nezávislých intenzivních veličin, jejichž změnou není rovnováha porušena), je celkový počet fází soustavy, a je počet nezávislých (chemických) složek soustavy.
Odvození
Pro odvození Gibbsova fázového zákona je nutné nejdříve definovat popsání složení směsi a omezující podmínky.
Pro popsání složen směsi použijeme následující úvahu. Jeli v každé fázi složek pak můžeme vytvořit směsi o složení. V systému je fází, proto lze tedy zvolit složení.
K vyjádření omezující podmínky z důvodu fázové rovnováhy můžeme volit fází. Omezující podmínka je tedy , kvůli volbě veličin používaných při popisu fázového diagramu je nutné přičíst 2, poté tedy .
Po odečtení omezující podmínky od popsání složení směsi tedy dostaneme Gibbsův fázový zákon.[1]
Příklad
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/90/Voda_fazovy_diagram.jpg/220px-Voda_fazovy_diagram.jpg)
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 , protože se zde vyskytuje pouze jedna chemická sloučenina (H2O), , protože led a voda jsou dohromady dvě různé fáze, a potom vychází , 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 , protože je o jednu menší. 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.