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吉布斯相律

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約西亞·吉布斯

吉布斯相律[1][2]是由約西亞·吉布斯於19世紀70年代提出的一個公式,說明了在特定相態下,系統的自由度跟其他變量的關係。它是相圖的基本原理。

吉布斯相律的表達式為:

式中,(或作,Φ),表示系統的自由度

  • C :系統的獨立組元數(number of independent component)
  • P :相態數目
  • n :外界因素,多數取n=2,代表壓力和溫度;對於熔點極高的固體,蒸汽壓的影響非常小,可取n=1。

例子

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單組分系統

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為例子,只有一種化合物,C=1。

在三相點,P=3。F=1-P+2=0,沒有自由度,所以溫度和壓力都固定,無法藉由改變溫度或壓力決定三相點。

當兩種態處於平衡,P=2,F=1-P+2=1,有一個自由度,而在指定一壓力,便恰好有一個熔點或沸點,符合吉布斯相律的描述。

在三相圖的固液氣單相區,P=1,F=1-P+2=2,有兩個自由度,因此需要同時指定一壓力及溫度才可決定物質的狀態。

二組分混合物系統

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參考資料

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  1. ^ Gibbs, J.W., Scientific Papers (Dover, New York, 1961)
  2. ^ Atkins, P.W.; de Paula, J. Physical chemistry 8th. edition. Oxford University Press. 2006. ISBN 0198700725.  Chapter 6