Качественная характеристика гетерогенных равновесных систем, в которых не происходит химического взаимодействия, а наблюдается лишь переход составных частей системы из одного агрегатного состояния в другое, определяется правилом фаз Гиббса. Это правило основано на втором законе термодинамики и относится к системам, находящимся в состоянии истинного равновесия. Введем основные понятия этого правила: фаза, компонент и степень свободы.
Фаза(Ф) – это совокупность гомогенных частей системы, обладающих одинаковыми термодинамическими свойствами (твёрдая, жидкая или газообразная фаза).
Компонент(K) – это химически однородная часть системы, которая при выделении из нее существует в изолированном виде сколь угодно долго. Компонент может находиться в разных фазах.
Число степеней свободы (С) – это число условий, которые можно в системе менять произвольно (давление, температура, состав системы), не нарушая при этом числа и вида фаз данной системы.
Гиббс (1878) вывел следующее уравнение, выражающее условия фазового равновесия:
С + Ф = К + n (6.15)
Это соотношение известно как закон равновесия фазиназывается правилом фаз.Для конденсированных систем можно пренебречь парообразной фазой, и поэтому n = 1. Применяют для сплавов, например висмут-кадмий. Для неконденсированных систем, в которых учитывают парообразную фазу, n = 2. Применяют для воды, растворов.
Рассмотрим диаграмму состояния воды (рис. 8). Область I характеризует твердую (лед), II – жидкую, а III – парообразную фазу. При этом число фаз равно одному, а система бивариантна, т.е. давление и температура меняются, независимо друг от друга и при этом вода не меняет своего агрегатного состояния.