Gibbsův zákon fází

Gibbsův 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 editovat

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. 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.^[1]

$f\cdot (s-1)-s\cdot (f-1)+2=s-f+2$

Tato část článku je příliš stručná nebo postrádá důležité informace. Pomozte Wikipedii tím, že ji vhodně rozšíříte.

Příklad editovat

Příklad fázového diagramu vody. 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. 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.

Reference editovat

↑ PEKAŘ, Miloslav. Přednášky z termodynamiky a elektrochemie. 1. vyd. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, 2014. 147 s. ISBN 978-80-214-5079-0. S. 64.

Související články editovat

Pahýl

Tento článek je příliš stručný nebo postrádá důležité informace.
Pomozte Wikipedii tím, že jej vhodně rozšíříte. Nevkládejte však bez oprávnění cizí texty.

[1] PEKAŘ, Miloslav. Přednášky z termodynamiky a elektrochemie. 1. vyd. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, 2014. 147 s. ISBN 978-80-214-5079-0. S. 64.

[1]