Calculateur de la règle des phases de Gibbs

Calculez les degrés de liberté thermodynamiques à partir des composants indépendants, des phases à l'équilibre et des variables intensives fixées.

Calcul de la règle des phases de Gibbs

Utilisez la règle complète ou réduite pour déterminer la variance du système.

Nombre de composants (C)

Nombre de phases (P)

Variables intensives fixées

À propos de la règle des phases de Gibbs

La règle des phases de Gibbs compte les variables intensives que l'on peut modifier indépendamment sans changer le nombre de phases à l'équilibre. Sa forme standard sans réaction est F = C − P + 2, où F est la variance ou le nombre de degrés de liberté, C le nombre de composants indépendants, P le nombre de phases, et les deux derniers degrés représentent la température et la pression. Cette règle est une base concise pour interpréter les diagrammes de phases en chimie, science des matériaux, géologie et génie chimique. Une phase est une région physiquement homogène dont les propriétés intensives et la composition sont uniformes. L'eau liquide, la glace et la vapeur d'eau sont trois phases distinctes, bien qu'elles contiennent le même composant chimique. Les composants constituent le nombre minimal de constituants chimiques indépendants nécessaires pour exprimer la composition de chaque phase. Leur nombre ne correspond pas toujours au nombre d'espèces, notamment lorsque des réactions ou des contraintes de composition relient celles-ci. Pour l'eau pure en une seule phase, C = 1 et P = 1, donc F = 2. Température et pression peuvent varier tout en conservant une phase unique. Sur une courbe de coexistence liquide-vapeur, P = 2 et F = 1 : choisir la température détermine donc la pression d'équilibre. Au point triple, trois phases coexistent et F = 0. Ni la température ni la pression ne peuvent varier indépendamment sans faire disparaître une phase, d'où le caractère invariant du point triple. De nombreux diagrammes pratiques fixent une variable intensive. Les diagrammes de phases condensées sont souvent tracés à pression constante, ce qui réduit la règle à F = C − P + 1. Si température et pression sont toutes deux fixées, deux degrés sont retirés. Le calculateur traite ces cas en soustrayant à la règle complète le nombre choisi de variables intensives fixées. Un résultat négatif indique que le nombre de phases saisi ne peut coexister librement dans les hypothèses données. L'expression simple suppose l'équilibre et l'absence d'influences supplémentaires, telles que les effets électriques, magnétiques, gravitationnels ou de surface. Les systèmes réactifs nécessitent un nombre de composants corrigé des réactions indépendantes, et les phases métastables ne sont pas des phases d'équilibre ordinaires. La règle prédit une dimension, et non les températures, pressions ou compositions réelles d'équilibre. Utilisez-la pour vérifier la topologie des diagrammes, classer les états invariants et univariants, et déterminer la quantité d'informations nécessaire pour définir entièrement un état d'équilibre.

Exemples de la règle des phases de Gibbs

Des cas classiques d'équilibre entre phases illustrent la variance.

Système	Résultat	Signification
Corps pur ; une phase ; aucune variable fixée	F = 2	Température et pression peuvent varier indépendamment.
Corps pur ; deux phases ; aucune variable fixée	F = 1	Une courbe de coexistence est univariante.
Corps pur ; trois phases ; aucune variable fixée	F = 0	Le point triple est invariant.
Deux composants ; une phase ; pression fixée	F = 2	Il reste la température et une variable de composition indépendante.

Comment utiliser le calculateur de la règle des phases

Comptez le minimum de composants chimiques indépendants nécessaires pour décrire chaque phase.
Comptez les phases homogènes qui coexistent à l'équilibre.
Indiquez si ni la température ni la pression, une seule ou les deux sont fixées extérieurement.
Sélectionnez Calculer les degrés de liberté et interprétez la classification de variance.

Questions sur la règle des phases de Gibbs

Qu'est-ce qu'un degré de liberté ?

C'est une variable intensive modifiable indépendamment tout en conservant le nombre de phases à l'équilibre. Il peut s'agir de la température, de la pression ou de coordonnées de composition indépendantes.

Qu'est-ce qui compte comme une phase ?

Une phase est une région homogène aux propriétés physiques et chimiques uniformes. Deux liquides non miscibles comptent comme deux phases, même s'ils sont tous deux liquides.

Qu'est-ce qui compte comme un composant ?

Les composants sont les constituants indépendants minimaux nécessaires pour décrire toutes les compositions de phase. Réactions et contraintes peuvent rendre leur nombre inférieur à celui des espèces.

Pourquoi fixer la pression réduit-il F de un ?

La pression est l'une des deux variables intensives générales de la règle complète. La maintenir constante extérieurement retire une variable que le système pourrait choisir indépendamment.

Que signifie un résultat négatif ?

Il indique que le nombre de phases et les contraintes proposés ne peuvent généralement pas coexister à l'équilibre. Il faut revoir les données ou les hypothèses simplificatrices.