Regla de fase
En termodinámica , la regla de fase es un principio general que rige los sistemas "pVT" (es decir, sistemas cuyos estados están completamente descritos por las variables presión ( p ), volumen ( V ) y temperatura ( T )) en equilibrio termodinámico . Si F es el número de grados de libertad , C es el número de componentes y P es el número de fases , entonces [1] [2]
Fue derivado por el físico estadounidense Josiah Willard Gibbs en su artículo histórico titulado Sobre el equilibrio de las sustancias heterogéneas , publicado en partes entre 1875 y 1878. [3] La regla supone que los componentes no reaccionan entre sí.
El número de grados de libertad es el número de variables intensivas independientes , es decir, el mayor número de parámetros termodinámicos como la temperatura o la presión que pueden variarse simultánea y arbitrariamente sin determinarse unos a otros. Un ejemplo de sistema de un componente es un sistema que involucra un producto químico puro, mientras que los sistemas de dos componentes, como las mezclas de agua y etanol, tienen dos componentes químicamente independientes, y así sucesivamente. Las fases típicas son sólidos , líquidos y gases .
La base de la regla (Atkins y de Paula, [2] justificación 6.1) es que el equilibrio entre fases impone una restricción a las variables intensivas. Más rigurosamente, dado que las fases están en equilibrio termodinámico entre sí, los potenciales químicos de las fases deben ser iguales. El número de relaciones de igualdad determina el número de grados de libertad. Por ejemplo, si los potenciales químicos de un líquido y de su vapor dependen de la temperatura ( T ) y de la presión ( p ), la igualdad de potenciales químicos hará que cada una de esas variables sea dependiente de la otra. Matemáticamente, la ecuación μ liq ( T , p ) = μvap ( T , p ) , donde μ = potencial químico, define la temperatura en función de la presión o viceversa. (Precaución: no confunda p = presión con P = número de fases).
Para ser más específicos, la composición de cada fase está determinada por variables intensivas C − 1 (como las fracciones molares) en cada fase. El número total de variables es ( C − 1) P + 2 , donde las dos adicionales son la temperatura T y la presión p . El número de restricciones es C ( P − 1) , ya que el potencial químico de cada componente debe ser igual en todas las fases. Reste el número de restricciones del número de variables para obtener el número de grados de libertad como F = ( C − 1) P + 2 − C ( P- 1) = C - PAGS + 2 .
La regla es válida siempre que el equilibrio entre las fases no esté influenciado por fuerzas gravitatorias, eléctricas o magnéticas, o por el área superficial, y solo por la temperatura, la presión y la concentración.
