ギブズの相律計算機

ギブズの相律は、平衡状態の相数を変えずに独立に変えられる示強変数の数を表します。反応のない系での標準形は F = C − P + 2 です。F は自由度、C は独立成分数、P は相数で、最後の二は温度と圧力を表します。この簡潔な法則は、化学、材料科学、地質学、化学工学で相図を解釈する基礎となります。 相とは、示強性質と組成が一様な、物理的に均一な領域です。液体の水、氷、水蒸気は同じ化学成分から成りますが、三つの異なる相です。成分とは、すべての相の組成を表すために必要な最小数の独立した化学的構成要素です。特に反応や組成の制約が化学種を結び付ける場合、成分数は化学種の数と一致するとは限りません。 純水が一相だけなら C = 1、P = 1 なので F = 2 です。単相を保ちながら温度と圧力をともに変えられます。液体と蒸気の共存曲線上では P = 2、F = 1 となり、温度を選ぶと平衡圧力が決まります。三重点では三相が共存し、F = 0 です。温度も圧力も、独立に変えると相が失われるため、三重点は不変です。 実用的な相図の多くは示強変数を一つ固定します。凝縮系の相図は通常、一定圧力で描かれ、相律は F = C − P + 1 に縮約されます。温度と圧力の両方を固定すると、自由度が二つ減ります。この計算機では、完全な相律から選択した固定示強変数の数を引いて扱います。負の結果は、入力した相数が指定の仮定の下では自由に共存できないことを示します。 この単純な式は平衡を仮定し、電気、磁気、重力、表面効果などの追加の影響を考慮しません。反応系では独立反応に応じて成分数を調整する必要があり、準安定相は通常の平衡相ではありません。相律が予測するのは次元であり、実際の平衡温度、圧力、組成ではありません。相図の位相的構造の確認、不変状態や一変状態の分類、平衡状態を完全に定めるために必要な情報量の検討に使えます。