לדלג לתוכן

הבדלים בין גרסאות בדף "חוק הפאזות של גיבס"

מ
מ (בוט החלפות: \1הפך)
== הגדרות בסיס ==
 
*'''פאזה''' - מוגדרת כמצב הומוגני ויציב של חומר, הן בהרכבו הכימי והן ב[[מצב צבירה|מצב הצבירה]] שלו. פאזות אופייניות של חומר הן גז, נוזל ומוצק אך קיימות פאזות נוספות מסובכות יותר. על מנת לתת הסבר תרמודינמי פשוט למהי פאזה קחו לדוגמה חומר הומוגני כלשהו, [[מצב (תרמודינמיקה)|מצבו התרמודינמי]] של החומר נקבע על ידי ציון שני גדלים תרמודינמיים כלשהם, לדוגמה, הנפח V והאנרגיה E. לעומת זאת, ההיפךההפך אינו בהכרח נכון, אין סיבה להניח שעבור שני ערכים נתונים של V וE מצבו של גוף הנמצא בשיווי משקל תרמי יהיה הומוגני. ייתכן כי בהינתן נפח V ואנרגיה E מסוימים המערכת לא תהיה הומוגנית ותפרד לשני מצבים הומוגנים שונים (לדוגמה גז ונוזל) כך ש[[אנרגיה חופשית|האנרגיה החופשית]] תהיה נמוכה יותר ולכן המערכת יציבה יותר. מצבים כאלה של החומר אשר יכולים להתקיים בו זמנית, במצב של שיווי משקל ובמגע אחד עם השני מתוארים כפאזות שונות של החומר.
 
*'''רכיב''' - במערכת עם מספר מרכיבים (Constituent, לדוגמה: אטומים, יונים, מולקולות) רכיב (Component) הוא מרכיב של המערכת שאינו תלוי כימית במרכיבים האחרים, כלומר, אינו יכול באמצעות ריאקציה כימית עם אחד מהמרכיבים האחרים לשנות את הרכב המערכת. מספר הרכיבים (C) הוא המספר המינימלי של מרכיבים עצמאיים שבאמצעותם ניתן לתאר את כל הפאזות הקיימות במערכת. לדוגמה, תערובת של מים ואתנול מכילה 2 מרכיבים שהם מולקולות המים והאתנול ושני רכיבים (C=2) כיוון שמולקולות המים והאתנול אינן מבצעות ריאקציה כימית אחת עם השנייה.
כלומר, במילים אחרות, כפי שמוצג בדיאגרמת הפאזות הסכמטית באיור 1, ניתן לראות כי פאזה בודדת מיוצגת על ידי שטח במרחב הפרמטרים p, T.
כאשר שתי פאזות (P=2) נמצאות בשיווי משקל (מקרה אינטואיטיבי הוא רתיחה של מים, כאשר מים נוזליים ואדים נמצאים בשיווי משקל), אזי F=1 ולכן במקרה זה רק אחד מהמשתנים, לחץ או טמפ', יכול להקבע באופן שרירותי והמשתנה השני יקבע באופן חד ערכי ע"פ המשתנה הראשון. קשר זה בין הלחץ והטמפ' מובע באמצעות [[משוואת קלאוזיוס-קלפרון]]. בדיאגרמת הפאזות המוצגת באיור 1 האילוץ בין הלחץ והטמפרטורה מוצג באמצעות קו המפריד את הפאזות השונות, קו זה נקרא "קו דו הקיום". על קו זה שתי הפאזות (נוזל/גז, נוזל/מוצק, גז/מוצק) מתקיימות בשיווי משקל, ולכן אם לדוגמה תקורר מערכת של אדים ומים נוזליים, חלק מהגז יתעבה לנוזל, הלחץ במערכת יקטן והמערכת תשאר על קו דו הקיום בדיאגרמת הפאזות. היחסים בין הלחץ והטמפ' ישמרו על פי קו הדו-קיום עד אשר אחת מהפאזות תתכלה לחלוטין על ידי עיבוי או אידוי או על ידי הגעה ל[[נקודה קריטית|נקודה הקריטית]]. כל עוד ישנן שתי פאזות בשיווי משקל, תיתכן רק דרגת חופש אחת למערכת ולכן הלחץ נקבע לפי הטמפ' או להיפךלהפך ע"פ קו דו הקיום.
 
ה[[נקודה קריטית|נקודה הקריטית]] היא הנקודה בסוף קו דו-הקיום של פאזות הגז והנוזל. בהתקרב לנקודה זו פאזות הגז והנוזל הופכות באופן הדרגתי דומות יותר ויותר, עד אשר בנקודה הקריטית הן אינן ניתנות להבחנה, ואין יותר הפרדה בין הפאזות. מעבר לנקודה הקריטית מכיוון ששוב P=1, אזי F=2 והלחץ והטמפ' יכולים להקבע באופן בלתי תלוי, כפי שהיה במקרה של פאזה בודדת. ולכן, באזור זה של דיאגרמת הפאזות קיימת פאזה בודדת של גז דחוס, הנקראת [[זורם]].