Компонент - содержащееся в системе химически однородное вещество, которое может быть выделено из системы и может существовать в изолированном виде длительное время. Так, для водного раствора хлористого натрия компонентами являются вода и хлористый натрий. Ионы натрия или хлора не могут быть рассмотрены как компоненты - ни те, ни другие не могут существовать как отдельные вещества.
Количество независимых компонентов (kн) - наименьшее число компонентов системы, достаточное для образования всех ее фаз. Количество независимых компонентов (kн) связано с общим количеством компонентов (kобщ): kн = kобщ – число уравнений, связывающих компоненты. Например, для системы, в которой идет химическая реакция
H2 + I2 = 2HI,
kобщ = 3,
а число уравнений, связывающих компоненты, равно 1,
kн = 3 – 1 = 2
Количество степеней свободы (С) - число интенсивных термодинамических параметров состояния (температура, давление, концентрация), которые можно изменять независимо друг от друга, не изменяя природы и числа фаз, находящихся в равновесии.
ПРАВИЛО ФАЗ: Число степеней свободы равновесной термодинамической системы, на которую из внешних факторов влияют только температура и давление, равно числу независимых компонентов (kн), минус число фаз (Ф) плюс 2:
С = kн - Ф + 2 (39)
Правило показывает, что число степеней свободы возрастает с увеличением числа компонентов и уменьшается с увеличением числа фаз.
Правило фаз выводится из условий термического, механического и химического равновесий. Первые два условия означают равенство температур и давлений во всех равновесных фазах, третье - равенство химических потенциалов каждого компонента во всех фазах.
Цифра 2 в данном соотношении появилась вследствие принятого нами допущения, что из внешних факторов только два (температура и давление) могут влиять на равновесие в системе. Однако возможны системы, в которых на равновесие могут оказывать влияние и другие внешние факторы (например, электрические и магнитные поля, поле тяготения). В этих случаях в это соотношение вместо цифры 2 войдет соответственно иное число внешних факторов.
Пример: Определить наибольшее число фаз, которые могут находиться в равновесии в системе, состоящей из воды и хлористого натрия.
Решение: В этой системе компонентов (k) равно 2. Следовательно, С = 4 - Ф. Наибольшее число фаз отвечает наименьшему числу степеней свободы. Так как число степеней свободы не может быть отрицательным, то наименьшее значение С равно нулю. Следовательно, наибольшее число фаз равно 4. Этому условию заданная система удовлетворяет, когда раствор хлористого натрия в воде находится в равновесии одновременно со льдом, твердой солью и водяным паром. В таком состоянии система безвариантна (инвариантна), т.е. это состояние достигается только при строго определенных температуре, давлении и концентрации раствора.