محاسبه قانون فاز گیبس

مقدمه

قانون فاز گیبس یک اصل بنیادی در شیمی فیزیکی و ترمودینامیک است که تعداد درجه‌های آزادی را در یک سیستم ترمودینامیکی در حالت تعادل تعیین می‌کند. این قانون به نام فیزیکدان آمریکایی، جوزیا ویلیارد گیبس، نام‌گذاری شده است و یک رابطه ریاضی بین تعداد مؤلفه‌ها، فازها و متغیرهای لازم برای مشخص کردن کامل یک سیستم ارائه می‌دهد. محاسبه‌گر قانون فاز گیبس یک روش ساده و کارآمد برای تعیین درجه‌های آزادی هر سیستم شیمیایی با وارد کردن تعداد مؤلفه‌ها و فازهای موجود ارائه می‌دهد.

این قانون برای درک تعادل فازها، طراحی فرآیندهای جداسازی، تجزیه و تحلیل مجموعه‌های معدنی در زمین‌شناسی و توسعه مواد جدید در علم مواد ضروری است. چه شما یک دانشجو باشید که در حال یادگیری ترمودینامیک هستید، یک محقق که با سیستم‌های چند مؤلفه کار می‌کند، یا یک مهندس که در حال طراحی فرآیندهای شیمیایی است، این محاسبه‌گر نتایج سریع و دقیقی را برای کمک به درک تغییرپذیری سیستم شما ارائه می‌دهد.

فرمول قانون فاز گیبس

قانون فاز گیبس با معادله زیر بیان می‌شود:

$F = C - P + 2$

که در آن:

• F نمایانگر درجه‌های آزادی (یا واریانس) است - تعداد متغیرهای فشاری که می‌توان به طور مستقل تغییر داد بدون اینکه تعداد فازها در تعادل مختل شود
• C نمایانگر تعداد مؤلفه‌ها است - مؤلفه‌های شیمیایی مستقل سیستم
• P نمایانگر تعداد فازها است - بخش‌های فیزیکی متمایز و قابل جداسازی سیستم
• 2 نمایانگر دو متغیر فشاری مستقل (معمولاً دما و فشار) است که بر تعادل فازها تأثیر می‌گذارند

مبنای ریاضی و استنتاج

قانون فاز گیبس از اصول بنیادی ترمودینامیک مشتق شده است. در یک سیستم با C مؤلفه توزیع شده در بین P فاز، هر فاز می‌تواند با C - 1 متغیر ترکیبی مستقل (کسرهای مولی) توصیف شود. علاوه بر این، دو متغیر دیگر (دما و فشار) وجود دارند که بر کل سیستم تأثیر می‌گذارند.

تعداد کل متغیرها به شرح زیر است:

• متغیرهای ترکیبی: P(C - 1)
• متغیرهای اضافی: 2
• مجموع: P(C - 1) + 2

در حالت تعادل، پتانسیل شیمیایی هر مؤلفه باید در تمام فازهایی که در آن حضور دارد برابر باشد. این به ما (P - 1) × C معادله مستقل (محدودیت) می‌دهد.

درجه‌های آزادی (F) تفاوت بین تعداد متغیرها و تعداد محدودیت‌ها است:

$F = [P(C - 1) + 2] - [(P - 1) × C]$

ساده‌سازی: $F = PC - P + 2 - PC + C = C - P + 2$

موارد خاص و محدودیت‌ها

1. درجه‌های آزادی منفی (F < 0): این نشان‌دهنده یک سیستم بیش از حد مشخص شده است که نمی‌تواند در تعادل وجود داشته باشد. اگر محاسبات مقدار منفی را تولید کند، سیستم تحت شرایط داده شده از نظر فیزیکی غیرممکن است.

2. درجه‌های آزادی صفر (F = 0): به عنوان یک سیستم ثابت شناخته می‌شود، به این معنی که سیستم فقط می‌تواند در یک ترکیب خاص از دما و فشار وجود داشته باشد. مثال‌ها شامل نقطه سه‌گانه آب است.

3. یک درجه آزادی (F = 1): یک سیستم یک‌متغیره که در آن فقط یک متغیر می‌تواند به طور مستقل تغییر کند. این مربوط به خطوط در یک نمودار فاز است.

4. مورد خاص - سیستم‌های یک مؤلفه (C = 1): برای یک سیستم با یک مؤلفه مانند آب خالص، قانون فاز به F = 3 - P ساده می‌شود. این توضیح می‌دهد که چرا نقطه سه‌گانه (P = 3) دارای صفر درجه آزادی است.

5. مؤلفه‌ها یا فازهای غیر صحیح: قانون فاز فرض می‌کند که مؤلفه‌ها و فازها گسسته و قابل شمارش هستند. مقادیر کسری در این زمینه هیچ معنای فیزیکی ندارند.

نحوه استفاده از محاسبه‌گر قانون فاز گیبس

محاسبه‌گر ما یک روش ساده برای تعیین درجه‌های آزادی هر سیستم ارائه می‌دهد. مراحل ساده زیر را دنبال کنید:

1. تعداد مؤلفه‌ها (C) را وارد کنید: تعداد مؤلفه‌های شیمیایی مستقل در سیستم خود را وارد کنید. این باید یک عدد صحیح مثبت باشد.

2. تعداد فازها (P) را وارد کنید: تعداد فازهای فیزیکی متمایز موجود در حالت تعادل را وارد کنید. این باید یک عدد صحیح مثبت باشد.

3. نتیجه را مشاهده کنید: محاسبه‌گر به طور خودکار درجه‌های آزادی را با استفاده از فرمول F = C - P + 2 محاسبه می‌کند.

4. نتیجه را تفسیر کنید:

   • اگر F مثبت باشد، نمایانگر تعداد متغیرهایی است که می‌توانند به طور مستقل تغییر کنند.
   • اگر F صفر باشد، سیستم ثابت است (فقط در شرایط خاص وجود دارد).
   • اگر F منفی باشد، سیستم نمی‌تواند تحت شرایط مشخص شده در تعادل وجود داشته باشد.

مثال‌های محاسباتی

1. آب (H₂O) در نقطه سه‌گانه:

   • مؤلفه‌ها (C) = 1
   • فازها (P) = 3 (جامد، مایع، گاز)
   • درجه‌های آزادی (F) = 1 - 3 + 2 = 0
   • تفسیر: نقطه سه‌گانه فقط در یک دما و فشار خاص وجود دارد.

2. مخلوط دوتایی (مثلاً آب و نمک) با دو فاز:

   • مؤلفه‌ها (C) = 2
   • فازها (P) = 2 (نمک جامد و محلول نمک)
   • درجه‌های آزادی (F) = 2 - 2 + 2 = 2
   • تفسیر: دو متغیر می‌توانند به طور مستقل تغییر کنند (مثلاً دما و فشار یا دما و ترکیب).

3. سیستم سه‌گانه با چهار فاز:

   • مؤلفه‌ها (C) = 3
   • فازها (P) = 4
   • درجه‌های آزادی (F) = 3 - 4 + 2 = 1
   • تفسیر: تنها یک متغیر می‌تواند تغییر کند.

موارد استفاده از قانون فاز گیبس

قانون فاز گیبس کاربردهای متعددی در رشته‌های مختلف علمی و مهندسی دارد:

شیمی فیزیکی و مهندسی شیمی

• طراحی فرآیند تقطیر: تعیین تعداد متغیرهایی که باید در فرآیندهای جداسازی کنترل شوند.
• بلورزایی: درک شرایط لازم برای بلورزایی در سیستم‌های چند مؤلفه.
• طراحی راکتور شیمیایی: تجزیه و تحلیل رفتار فاز در راکتورهایی با چند مؤلفه.

علم مواد و متالورژی

• توسعه آلیاژ: پیش‌بینی ترکیب‌های فاز و تغییرات در آلیاژهای فلزی.
• فرآیندهای حرارتی: بهینه‌سازی فرآیندهای آنیل و کوئنچ بر اساس تعادل فازها.
• پردازش سرامیک: کنترل تشکیل فازها در حین سینتر کردن مواد سرامیکی.

زمین‌شناسی و کانی‌شناسی

• تحلیل مجموعه‌های معدنی: درک پایداری مجموعه‌های معدنی تحت شرایط فشار و دما مختلف.
• پتروگرافی دگرگونی: تفسیر فاسی‌های دگرگونی و تغییرات معدنی.
• بلورزایی ماگما: مدل‌سازی توالی بلورزایی مواد معدنی از ماگمای در حال سرد شدن.

علوم دارویی

• فرمولاسیون دارو: اطمینان از پایداری فاز در تهیه‌های دارویی.
• فرآیندهای انجماد-خشک‌کردن: بهینه‌سازی فرآیندهای لیوفیلیزاسیون برای حفظ دارو.
• مطالعات پلی‌مرفیسم: درک اشکال بلوری مختلف از یک ترکیب شیمیایی.

علوم محیط زیست

• تصفیه آب: تجزیه و تحلیل فرآیندهای رسوب و حل در تصفیه آب.
• شیمی جوی: درک انتقال فازها در آئروسل‌ها و تشکیل ابر.
• ترمیم خاک: پیش‌بینی رفتار آلاینده‌ها در سیستم‌های خاک چند فازی.

جایگزین‌های قانون فاز گیبس

در حالی که قانون فاز گیبس برای تجزیه و تحلیل تعادل فازها بنیادی است، روش‌ها و قوانین دیگری نیز وجود دارند که ممکن است برای کاربردهای خاص مناسب‌تر باشند:

1. قانون فاز اصلاح شده برای سیستم‌های واکنشی: هنگامی که واکنش‌های شیمیایی رخ می‌دهند، قانون فاز باید برای حساب کردن محدودیت‌های تعادل شیمیایی اصلاح شود.

2. قضیه دوهم: روابطی را بین خواص فشاری در یک سیستم در حالت تعادل ارائه می‌دهد که برای تجزیه و تحلیل نوع خاصی از رفتار فاز مفید است.

3. قانون اهرم: برای تعیین مقادیر نسبی فازها در سیستم‌های دوتایی استفاده می‌شود و مکمل قانون فاز است که اطلاعات کمی را ارائه می‌دهد.

4. مدل‌های میدان فاز: رویکردهای محاسباتی که می‌توانند به انتقال‌های فاز غیر تعادلی پیچیده‌ای که تحت پوشش قانون کلاسیک فاز نیستند، رسیدگی کنند.

5. رویکردهای ترمودینامیک آماری: برای سیستم‌هایی که تعاملات سطح مولکولی به طور قابل توجهی بر رفتار فاز تأثیر می‌گذارند، مکانیک آماری بینش‌های دقیق‌تری نسبت به قانون کلاسیک فاز ارائه می‌دهد.

تاریخچه قانون فاز گیبس

ج. ویلیارد گیبس و تولد ترمودینامیک شیمیایی

جوزیا ویلیارد گیبس (۱۸۳۹-۱۹۰۳)، یک فیزیکدان ریاضی آمریکایی، اولین بار قانون فاز را در مقاله تاریخی خود "در تعادل مواد ناهمگن" بین سال‌های ۱۸۷۵ و ۱۸۷۸ منتشر کرد. این کار به عنوان یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای علم فیزیکی در قرن نوزدهم شناخته می‌شود و زمینه ترمودینامیک شیمیایی را تأسیس کرد.

گیبس قانون فاز را به عنوان بخشی از درمان جامع خود از سیستم‌های ترمودینامیکی توسعه داد. با وجود اهمیت عمیق آن، کار گیبس در ابتدا نادیده گرفته شد، بخشی به دلیل پیچیدگی ریاضی آن و بخشی به دلیل اینکه در "مجموعه‌های آکادمی علوم کانکتیکات" منتشر شد که انتشار محدودی داشت.

شناسایی و توسعه

اهمیت کار گیبس ابتدا در اروپا شناخته شد، به ویژه توسط جیمز کلارک مکسول، که یک مدل گچی را برای نمایش سطح ترمودینامیکی گیبس برای آب ایجاد کرد. ویلهلم اوستوالد در سال ۱۸۹۲ مقالات گیبس را به زبان آلمانی ترجمه کرد و به انتشار ایده‌های او در سراسر اروپا کمک کرد.

فیزیکدان هلندی، ه.و. باخویس روزبوم (۱۸۵۴-۱۹۰۷) در کاربرد قانون فاز به سیستم‌های تجربی نقش مهمی داشت و کاربرد عملی آن را در درک نمودارهای فاز پیچیده نشان داد. کار او به تأسیس قانون فاز به عنوان یک ابزار ضروری در شیمی فیزیکی کمک کرد.

کاربردها و گسترش‌های مدرن

در قرن بیستم، قانون فاز به یک سنگ بنای علم مواد، متالورژی و مهندسی شیمی تبدیل شد. دانشمندانی مانند گوستاو تامان و پل ارنهاست این کاربردها را به سیستم‌های پیچیده‌تر گسترش دادند.

این قانون برای موارد خاص مختلف اصلاح شده است:

• سیستم‌های تحت میدان‌های خارجی (گرانشی، الکتریکی، مغناطیسی)
• سیستم‌هایی با سطوح که اثرات سطحی قابل توجهی دارند
• سیستم‌های غیر تعادلی با محدودیت‌های اضافی

امروزه، روش‌های محاسباتی مبتنی بر پایگاه‌های داده ترمودینامیکی اجازه می‌دهند تا قانون فاز به سیستم‌های پیچیده‌تر اعمال شود و طراحی مواد پیشرفته با ویژگی‌های دقیقاً کنترل شده را امکان‌پذیر سازد.

مثال‌های کد برای محاسبه درجه‌های آزادی

در اینجا پیاده‌سازی‌های محاسبه‌گر قانون فاز گیبس در زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف آورده شده است:

1' تابع اکسل برای قانون فاز گیبس
2Function GibbsPhaseRule(Components As Integer, Phases As Integer) As Integer
3    GibbsPhaseRule = Components - Phases + 2
4End Function
5
6' استفاده از مثال در یک سلول:
7' =GibbsPhaseRule(3, 2)
8

1def gibbs_phase_rule(components, phases):
2    """
3    محاسبه درجه‌های آزادی با استفاده از قانون فاز گیبس
4    
5    Args:
6        components (int): تعداد مؤلفه‌ها در سیستم
7        phases (int): تعداد فازها در سیستم
8        
9    Returns:
10        int: درجه‌های آزادی
11    """
12    if components <= 0 or phases <= 0:
13        raise ValueError("مؤلفه‌ها و فازها باید اعداد صحیح مثبت باشند")
14        
15    degrees_of_freedom = components - phases + 2
16    return degrees_of_freedom
17
18# استفاده از مثال
19try:
20    c = 3  # سیستم با سه مؤلفه
21    p = 2  # دو فاز
22    f = gibbs_phase_rule(c, p)
23    print(f"سیستمی با {c} مؤلفه و {p} فاز دارای {f} درجه آزادی است.")
24    
25    # مورد خاص: درجه آزادی منفی
26    c2 = 1
27    p2 = 4
28    f2 = gibbs_phase_rule(c2, p2)
29    print(f"سیستمی با {c2} مؤلفه و {p2} فاز دارای {f2} درجه آزادی است (از نظر فیزیکی غیرممکن).")
30except ValueError as e:
31    print(f"خطا: {e}")
32

1/**
2 * محاسبه درجه‌های آزادی با استفاده از قانون فاز گیبس
3 * @param {number} components - تعداد مؤلفه‌ها در سیستم
4 * @param {number} phases - تعداد فازها در سیستم
5 * @returns {number} درجه‌های آزادی
6 */
7function calculateDegreesOfFreedom(components, phases) {
8    if (!Number.isInteger(components) || components <= 0) {
9        throw new Error("مؤلفه‌ها باید یک عدد صحیح مثبت باشند");
10    }
11    
12    if (!Number.isInteger(phases) || phases <= 0) {
13        throw new Error("فازها باید یک عدد صحیح مثبت باشند");
14    }
15    
16    return components - phases + 2;
17}
18
19// استفاده از مثال
20try {
21    const components = 2;
22    const phases = 1;
23    const degreesOfFreedom = calculateDegreesOfFreedom(components, phases);
24    console.log(`سیستمی با ${components} مؤلفه و ${phases} فاز دارای ${degreesOfFreedom} درجه آزادی است.`);
25    
26    // مثال نقطه سه‌گانه آب
27    const waterComponents = 1;
28    const triplePointPhases = 3;
29    const triplePointDoF = calculateDegreesOfFreedom(waterComponents, triplePointPhases);
30    console.log(`آب در نقطه سه‌گانه (${waterComponents} مؤلفه، ${triplePointPhases} فاز) دارای ${triplePointDoF} درجه آزادی است.`);
31} catch (error) {
32    console.error(`خطا: ${error.message}`);
33}
34

1public class GibbsPhaseRuleCalculator {
2    /**
3     * محاسبه درجه‌های آزادی با استفاده از قانون فاز گیبس
4     * 
5     * @param components تعداد مؤلفه‌ها در سیستم
6     * @param phases تعداد فازها در سیستم
7     * @return درجه‌های آزادی
8     * @throws IllegalArgumentException اگر ورودی‌ها نامعتبر باشند
9     */
10    public static int calculateDegreesOfFreedom(int components, int phases) {
11        if (components <= 0) {
12            throw new IllegalArgumentException("مؤلفه‌ها باید یک عدد صحیح مثبت باشند");
13        }
14        
15        if (phases <= 0) {
16            throw new IllegalArgumentException("فازها باید یک عدد صحیح مثبت باشند");
17        }
18        
19        return components - phases + 2;
20    }
21    
22    public static void main(String[] args) {
23        try {
24            // مثال سیستم دوتایی
25            int components = 2;
26            int phases = 3;
27            int degreesOfFreedom = calculateDegreesOfFreedom(components, phases);
28            System.out.printf("سیستمی با %d مؤلفه و %d فاز دارای %d درجه آزادی است.%n", 
29                             components, phases, degreesOfFreedom);
30            
31            // مثال سیستم سه‌گانه
32            components = 3;
33            phases = 2;
34            degreesOfFreedom = calculateDegreesOfFreedom(components, phases);
35            System.out.printf("سیستمی با %d مؤلفه و %d فاز دارای %d درجه آزادی است.%n", 
36                             components, phases, degreesOfFreedom);
37        } catch (IllegalArgumentException e) {
38            System.err.println("خطا: " + e.getMessage());
39        }
40    }
41}
42

1#include <iostream>
2#include <stdexcept>
3
4/**
5 * محاسبه درجه‌های آزادی با استفاده از قانون فاز گیبس
6 * 
7 * @param components تعداد مؤلفه‌ها در سیستم
8 * @param phases تعداد فازها در سیستم
9 * @return درجه‌های آزادی
10 * @throws std::invalid_argument اگر ورودی‌ها نامعتبر باشند
11 */
12int calculateDegreesOfFreedom(int components, int phases) {
13    if (components <= 0) {
14        throw std::invalid_argument("مؤلفه‌ها باید یک عدد صحیح مثبت باشند");
15    }
16    
17    if (phases <= 0) {
18        throw std::invalid_argument("فازها باید یک عدد صحیح مثبت باشند");
19    }
20    
21    return components - phases + 2;
22}
23
24int main() {
25    try {
26        // مثال 1: سیستم آب و نمک
27        int components = 2;
28        int phases = 2;
29        int degreesOfFreedom = calculateDegreesOfFreedom(components, phases);
30        std::cout << "سیستمی با " << components << " مؤلفه و " 
31                  << phases << " فاز دارای " << degreesOfFreedom 
32                  << " درجه آزادی است." << std::endl;
33        
34        // مثال 2: سیستم پیچیده
35        components = 4;
36        phases = 3;
37        degreesOfFreedom = calculateDegreesOfFreedom(components, phases);
38        std::cout << "سیستمی با " << components << " مؤلفه و " 
39                  << phases << " فاز دارای " << degreesOfFreedom 
40                  << " درجه آزادی است." << std::endl;
41    } catch (const std::exception& e) {
42        std::cerr << "خطا: " << e.what() << std::endl;
43        return 1;
44    }
45    
46    return 0;
47}
48

مثال‌های عددی

در اینجا برخی مثال‌های عملی از کاربرد قانون فاز گیبس در سیستم‌های مختلف آورده شده است:

1. سیستم آب خالص (C = 1)

2. سیستم‌های دوتایی (C = 2)

3. سیستم‌های سه‌گانه (C = 3)

4. موارد خاص

سوالات متداول

قانون فاز گیبس چیست؟

قانون فاز گیبس یک اصل بنیادی در ترمودینامیک است که درجه‌های آزادی (F) را در یک سیستم ترمودینامیکی به تعداد مؤلفه‌ها (C) و فازها (P) مرتبط می‌کند از طریق معادله F = C - P + 2. این قانون به تعیین اینکه چند متغیر می‌توانند به طور مستقل تغییر کنند، کمک می‌کند بدون اینکه تعادل سیستم مختل شود.

درجه‌های آزادی در قانون فاز گیبس چیست؟

درجه‌های آزادی در قانون فاز گیبس نمایانگر تعداد متغیرهای فشاری (مانند دما، فشار یا غلظت) هستند که می‌توانند به طور مستقل تغییر کنند بدون اینکه تعداد فازهای موجود در سیستم تغییر کند. آن‌ها تغییرپذیری سیستم یا تعداد پارامترهایی که باید مشخص شوند تا سیستم به طور کامل تعریف شود را نشان می‌دهند.

چگونه تعداد مؤلفه‌ها را در یک سیستم شمارش کنم؟

مؤلفه‌ها مؤلفه‌های شیمیایی مستقل سیستم هستند. برای شمارش مؤلفه‌ها:

1. با تعداد کل گونه‌های شیمیایی موجود شروع کنید
2. تعداد واکنش‌های شیمیایی مستقل یا محدودیت‌های تعادل را کم کنید
3. نتیجه تعداد مؤلفه‌ها است

برای مثال، در یک سیستم با آب (H₂O)، با وجود اینکه حاوی اتم‌های هیدروژن و اکسیژن است، اگر هیچ واکنش شیمیایی در حال وقوع نباشد، به عنوان یک مؤلفه شمارش می‌شود.

چه چیزی به عنوان یک فاز در قانون فاز گیبس در نظر گرفته می‌شود؟

یک فاز بخشی فیزیکی متمایز و قابل جداسازی از یک سیستم است که دارای خواص شیمیایی و فیزیکی یکنواخت در سراسر آن است. مثال‌ها شامل:

• حالات مختلف ماده (جامد، مایع، گاز)
• مایعات غیر مخلوط (مانند روغن و آب)
• ساختارهای بلوری مختلف از یک ماده
• محلول‌هایی با ترکیب‌های مختلف

یک مقدار منفی برای درجه‌های آزادی چه معنایی دارد؟

یک مقدار منفی برای درجه‌های آزادی نشان‌دهنده یک سیستم غیرممکن در حالت تعادل است. این نشان می‌دهد که سیستم دارای فازهای بیشتری است که نمی‌توانند با تعداد مؤلفه‌های داده شده تثبیت شوند. چنین سیستم‌هایی نمی‌توانند در حالت تعادل پایدار وجود داشته باشند و به طور خودکار تعداد فازهای موجود را کاهش می‌دهند.

چگونه قانون فاز گیبس بر نمودارهای فاز تأثیر می‌گذارد؟

نمودارهای فاز نمایش‌های گرافیکی از شرایطی هستند که در آن فازهای مختلف در حالت تعادل وجود دارند. قانون فاز گیبس به تفسیر این نمودارها کمک می‌کند با نشان دادن:

• نواحی (مناطق) در یک نمودار فاز دارای F = 2 (دو متغیره)
• خطوط در یک نمودار فاز دارای F = 1 (یک‌متغیره)
• نقاط در یک نمودار فاز دارای F = 0 (ثابت)

این قانون توضیح می‌دهد که چرا نقاط سه‌گانه در شرایط خاص وجود دارند و چرا مرزهای فاز به صورت خطوط در نمودارهای فشار-دما ظاهر می‌شوند.

آیا قانون فاز گیبس می‌تواند به سیستم‌های غیر تعادلی اعمال شود؟

خیر، قانون فاز گیبس تنها به سیستم‌های در حالت تعادل ترمودینامیکی اعمال می‌شود. برای سیستم‌های غیر تعادلی، باید از رویکردهای اصلاح شده یا ملاحظات کینتیک استفاده کرد. این قانون فرض می‌کند که زمان کافی برای رسیدن سیستم به تعادل گذشته است.

فشار چگونه بر محاسبات قانون فاز تأثیر می‌گذارد؟

فشار یکی از دو متغیر فشاری استاندارد (به همراه دما) است که در عبارت "+2" قانون فاز گنجانده شده است. اگر فشار ثابت نگه داشته شود، قانون فاز به F = C - P + 1 تبدیل می‌شود. به طور مشابه، اگر هم فشار و هم دما ثابت باشند، به F = C - P تبدیل می‌شود.

تفاوت بین متغیرهای فشاری و گسترده در زمینه قانون فاز چیست؟

متغیرهای فشاری (مانند دما، فشار و غلظت) به مقدار موجود در سیستم بستگی ندارند و در شمارش درجه‌های آزادی استفاده می‌شوند. متغیرهای گسترده (مانند حجم، جرم و انرژی کل) به اندازه سیستم بستگی دارند و به طور مستقیم در قانون فاز در نظر گرفته نمی‌شوند.

قانون فاز گیبس در صنعت چگونه استفاده می‌شود؟

در صنعت، قانون فاز گیبس برای:

• طراحی و بهینه‌سازی فرآیندهای جداسازی مانند تقطیر و بلورزایی
• توسعه آلیاژهای جدید با ویژگی‌های خاص
• کنترل فرآیندهای حرارتی در متالورژی
• فرمولاسیون محصولات دارویی پایدار
• پیش‌بینی رفتار سیستم‌های زمین‌شناسی
• طراحی فرآیندهای استخراج کارآمد در هیدرومتالورژی استفاده می‌شود.

منابع

1. گیبس، ج. و. (۱۸۷۸). "در تعادل مواد ناهمگن." مجموعه‌های آکادمی علوم کانکتیکات، ۳، ۱۰۸-۲۴۸.

2. اسمیت، ج. م.، ون نس، ه. سی.، و ابوت، م. م. (۲۰۱۷). مقدمه‌ای بر ترمودینامیک مهندسی شیمی (ویرایش هشتم). انتشارات مک‌گرا-هیل.

3. آتکینز، پ.، و دِ پائولا، ج. (۲۰۱۴). شیمی فیزیکی آتکینز (ویرایش دهم). انتشارات آکسفورد.

4. دنبیگ، ک. (۱۹۸۱). اصول تعادل شیمیایی (ویرایش چهارم). انتشارات دانشگاه کمبریج.

5. پورتر، د. آ.، ایسترلینگ، ک. ای.، و شریف، م. ی. (۲۰۰۹). تغییرات فازی در فلزات و آلیاژها (ویرایش سوم). انتشارات CRC.

6. هیلرت، م. (۲۰۰۷). تعادل فازی، نمودارهای فاز و تغییرات فازی: مبنای ترمودینامیکی آن‌ها (ویرایش دوم). انتشارات کمبریج.

7. لوپی، ک. ه. پ. (۱۹۸۳). ترمودینامیک شیمیایی مواد. انتشارات نورث-هلند.

8. ریچی، ج. ای. (۱۹۶۶). قانون فاز و تعادل ناهمگن. انتشارات داور.

9. فایندلی، آ.، کمپبل، آ. ن.، و اسمیت، ن. او. (۱۹۵۱). قانون فاز و کاربردهای آن (ویرایش نهم). انتشارات داور.

10. کوندپودی، د.، و پریگوژین، ای. (۲۰۱۴). ترمودینامیک مدرن: از موتورهای حرارتی تا ساختارهای اتلافی (ویرایش دوم). انتشارات جان وایلی و پسران.

---

امروز محاسبه‌گر قانون فاز گیبس ما را امتحان کنید تا به سرعت درجه‌های آزادی را در سیستم ترمودینامیکی خود تعیین کنید. به سادگی تعداد مؤلفه‌ها و فازها را وارد کنید و نتایج فوری را برای کمک به درک رفتار سیستم شیمیایی یا مواد خود دریافت کنید.