Фаз правило

Фаз правило, закон фаз, соотношение термодинамики, согласно которому для любой равновесной системы сумма числа фаз j и вариантности v равна числу компонентов k, увеличенному на число параметров n, определяющих равновесное состояние системы: j + v = k + n. При этом параметры состояния – температура Т, давление р, напряжённости электрического и магнитного полей и др. – должны быть одинаковыми во всех фазах. Если состояние системы может изменяться лишь под действием Т и р, причём размеры фаз таковы, что можно пренебречь величиной их поверхностной энергии, то Ф. п. принимает вид:

v = k + 2-j.

Для конденсированных систем (например, сплавов металлов), где р либо постоянно, либо изменяется так незначительно, что не влияет на состояние равновесия, Ф. п. принимает вид: v = k + 1 – j; при переменном р и постоянном Т его вид тот же. Если состав сосуществующих фаз одинаков, как в максимумах и минимумах диаграмм состав – давление пара (см. Коновалова законы), а также диаграмм состав – температура кристаллизации (см. Розебома правила), система ведёт себя как однокомпонентная, т. е. для неё v = 3 – j (при переменных р и Т) или v = 2 – j (при постоянном р или Т). Наконец, когда в системе образуется химическое соединение, то k равно разности между числом химически индивидуальных веществ и числом независимых реакций.

Примеры. 1) Одно вещество (например, сера) может находиться: а) в одной фазе, в частности газообразной (v = 1 – 1 + 2 = 2), система дивариантна, т. е. Т и р можно менять в определённых пределах независимо друг от друга; б) в двух фазах, например в виде кипящей жидкости, находящейся в равновесии с паром (v = 1 – 2 + 2 = 1), система моновариантна, возможно изменение только Т или р, так как оба параметра связаны функциональной зависимостью (см. Клапейрона – Клаузиуса уравнение), в) в трёх фазах, в частности в виде ромбической серы в равновесии с жидкой и газообразной (v = 1 – 3 + 2 = 0), система нонвариантна; фазы сосуществуют при единственных значениях р и Т, см. Тройная точка. 2) Система, состоящая из воды и соли, тривариантна при наличии одной фазы (например, для раствора можно менять в известных пределах Т, р и концентрацию раствора с) и нонвариантна при наличии четырёх фаз (водного раствора, соли, льда и пара, эти фазы могут сосуществовать при единственном сочетании значений Т, р и с).

Ф. п. вывел Дж. Гиббс (опубликовано в 1876). Его широко использовали в конце 19 – начале 20 вв. Я. Вант-Гофф, Х. Розебом и их ученики, Н. С. Курнаков и его школа. Ф. п. имеет особенно большое значение при исследовании гетерогенных систем, в частности в металловедении, металлургии, петрографии, химической технологии (см. также Диаграмма состояния, Диаграмма химическая, Физико-химический анализ).

Лит.: Гиббедж. В., О существующих фазах материи, в его кн.: Термодинамические работы, пер. с англ., М. – Л., 1950, с. 143–48; Аносов В. Я., Погодин С. А., Основные начала физико-химического анализа, М. – Л., 1947; Древинг В. П., Калашников Я. А., Правило фаз с изложением основ термодинамики, [2 изд., М.], 1964; Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1–3, [Л.], 1967–69; Карапетьянц М. Х., Химическая термодинамика, 3 изд., М., 1975.

М. Х. Карапетьянц.