占布斯相律

描述相平衡體系中獨立強度性質數也就是自由度的公式稱之為占布斯相律公式，它表示：在一定的條件下，體系平衡共存的相數、體系的組分數和確定體系狀態所必須的自由度數之間的關係。

基本介紹

• 中文名：占布斯相律
• 外文名：Gibbsphase rule
• 套用領域：相平衡
• 作用：描述相平衡體系中的自由度

相律和占布斯相律公式的推導

一個包含著K種組分的平衡體系,設各組分分布在Φ個相中,對於每個相,便有溫度、壓力及(K-1)個物質的摩爾分數（因Σx_i,=1,故有一組分的x屬於不言自明）這樣一些強度性質,於是對每一相便有的強度性質個數公式如下：

對於Φ個相,似有Φ（K+1）個強度性質,但是一個多相平衡體系,必須滿足下列平衡條件：

1、熱平衡：各相間若非剛性絕熱度，各相溫度必然相等，以保證各相之間五淨熱傳遞。

共有（Φ-1）個等式。

2、壓力平衡：各相的壓力必須相等,保證各相均無膨脹和收縮之虞。

也共有（Φ-1）個等式。

3、相平衡：上述兩點並非是相平衡的足夠條件,因為每種組分能分別在相間成平衡的必要條件,必須所有各相中的化學勢相等,才能保證各相之間無物質的淨轉移,於是便有

共有K（Φ-1）個等式。

這樣，在一個相平衡體系的Φ(K+1)個強度性質的總數中便存在著上述3條所指出的

個制約條件。

該相平衡體系的獨立強度性質只能是

因此相平衡體系的獨立強度性質數亦即自由度f，為

上面的公式就是占布斯相律公式,它表示：在一定的條件下,體系平衡共存的相數、體系的組分數和確定體系狀態所必須的自由度數之間的關係。其中2的意義是假定外界條件影響只考慮溫度和壓力這兩個變數。而在外壓對相平衡體系影響不大的凝聚體系中,常看作定壓,因此可將2改為1,稱為條件自由度公式f^*

在占布斯相律公式末尾那個常數上,如果考慮體系還受其他因素(如電、磁、外力場等)的影響,則須以外因條件“n”代替“2，”因而改寫為f=K-Φ+n。

相律在相平衡研究中發揮重要的作用,但是應該注意到,相律只能告訴我們總的方向,而不能如實地告訴我們究竟是哪些相、組分及獨立變數等更具體的問題。

自由度

確定平衡體系的狀態所需的獨立強度變數數,稱為體系的自由度( degree of freedoom)。如溫度、壓力或濃度等均可作為自由度。另一種理解是在保持體系原有的相的數目和相的形態不變的相平衡狀態的條件下,體系所能改變的最大限度的強度性質數稱為自由度數。用“f”標記之,自由度數等於零的體系,稱為無變數體系,自由度數等於1,稱為單變數體系,以此類推。

例如,水在298K及標準氣壓下，在一定範圍內，我們可以任意地同時改變水的溫度和壓力，仍能保持液相存在,故稱自由度f=2。在p-T圖中表現為一個面積區域。