Теорема Гіббса і рівновагу між фазами системи
Для розуміння фазових переходів необхідно знати умови рівноваги між ними. Ці умови можна математично отримати, якщо розв’язати систему рівнянь Гіббса для кожної з них, вважаючи, що стан рівноваги досягається тоді, коли сумарна енергія Гіббса ізольованою від зовнішнього впливу системи перестає бути змінені.
У результаті вирішення вказаної системи рівнянь виходять умови для існування рівноваги між кількома фазами: ізольована система перестане розвиватися тільки тоді, коли тиску, хімічні потенціали кожного компонента і температури у всіх фазах будуть дорівнюють один одному.
Правило фаз Гіббса для рівноваги
Система, що складається з декількох фаз і компонентів, може знаходитися в рівновазі не тільки при певних умовах, наприклад, при конкретному значенні температури і тиску. Деякі змінні в теоремі Гіббса для рівноваги можна змінювати, зберігаючи і число фаз, і число компонентів, що знаходяться в цій рівновазі. Кількість змінних, які можна змінювати, не порушуючи рівноваги в системі, називається числом свобод цієї системи.
Число свобод l системи, що складається з фаз f і k компонентів, однозначно визначається з правила фаз Гіббса. Це правило математично записується так: l + f = k + 2. Як працювати з цим правилом? Дуже просто. Наприклад, відомо, що система складається з f=3 рівноважних фаз. Яку мінімальну кількість компонентів може містити така система? Відповісти на це питання можна, розмірковуючи наступним чином: в разі рівноваги найжорсткіші умови існують тоді, коли воно реалізується тільки при визначених показниках, тобто зміна будь-якого термодинамічного параметра призведе до порушення рівноваги. Це означає, що число свобод l=0. Підставляючи відомі значення l і f, отримуємо k=1, тобто система, в якій в рівновазі знаходяться три фази, може складатися з одного компонента. Яскравим прикладом є потрійна точка води, коли лід, рідка вода і пар існують у рівновазі при конкретних значеннях температури і тиску.
