高等熱力學
吉布斯相律(Gibbs phase rule)
看看水的相圖:單一相存在的區域是面,兩相共存發生在線上,而三相僅相會於一點。為何是這種「面、線、點」的規律?吉布斯相律(Gibbs phase rule)就是解釋它的簡單記帳公式,計數在維持給定相數處於平衡的同時,你還能自由調動幾樣東西。
相律為 F = C - P + 2,其中 C 是獨立化學成分數、P 是共存相數、F 是自由度數——即你可獨立變動而不改變共存相數的強度變數(溫度、壓力、組成)的個數。那個「2」計入溫度與壓力。其推導是:數出描述 C 成分之 P 相所需的強度變數,再扣掉平衡約束(各相間 mu 相等),後者源自吉布斯-杜亨關係。
對單成分系統(C = 1):一相給 F = 2(p-T 平面上的二維區域),兩相給 F = 1(一條共存線),三相給 F = 0(三相點,單一的不變點)。此律在冶金、地質與材料科學中不可或缺。注意:那個「2」假設 T 與 p 是唯一相關的場;若再加一個(例如磁場)或固定壓力,該常數就隨之改變。
對純水(C = 1):在液態區你可自由變動 T 與 p 而仍為液態,故 F = 2。沿沸騰曲線,固定 T 就決定了 p(或反之),故 F = 1。在三相點什麼都不自由,F = 0——這正是三相點能作為溫度計固定校準標準的原因。
相律解釋了為何單一相是面、共存是曲線、而三相點是單一的定點。
F = C - P + 2 中的「+2」恰計入兩個外部強度變數:溫度與壓力;若固定壓力(凝態相圖中常見),實用的相律就變為 F = C - P + 1。
又称
另见