吉布斯相律

在热力学中，相位规则是控制 pVT 系统的一般原则，其热力学状态完全由热力学平衡中的变量压力 (p)、体积 (V) 和温度 (T) 描述。 如果 F 是自由度数，C 是分量数，P 是相数，则

F = C − P + 2

自由度的数量是独立的强度变量的数量，即可以同时和任意地改变而不相互确定的xxx数量的热力学参数，例如温度或压力。 单组分系统的一个例子是涉及一种纯化学物质的系统，而双组分系统，例如水和乙醇的混合物，有两种化学独立的组分，等等。 典型的相是固体、液体和气体。

• 相是化学成分和物理状态均一的物质形式。 典型的相是固体、液体和气体。 由不同边界分隔的两种不混溶液体（或具有不同成分的液体混合物）被视为两个不同的相，两种不混溶的固体也是如此。
• 组分数 (C) 是系统中化学独立成分的数量，即定义系统所有相的组成所需的独立物质的最少数量。
• 在这种情况下，自由度 (F) 的数量是相互独立的密集变量的数量。

该规则的基础是阶段之间的平衡对密集变量施加了约束。 更严格地说，由于各相彼此处于热力学平衡状态，因此各相的化学势必须相等。 等式关系的数量决定了自由度的数量。 例如，如果液体及其蒸气的化学势取决于温度 (T) 和压力 (p)，则化学势相等将意味着这些变量中的每一个都将依赖于另一个。 在数学上，方程 μliq(T, p) = μvap(T, p)，其中 μ = 化学势，将温度定义为压力的函数，反之亦然。 （注意：不要将 p = 压力与 P = 相数混淆。）

更具体地说，每个相的组成由每个相中的 C − 1 个强度变量（例如摩尔分数）决定。 变量总数为 (C − 1)P + 2，其中额外的两个是温度 T 和压力 p。 约束的数量是 C(P − 1)，因为每个组分的化学势在所有相中都必须相等。 从变量数中减去约束数以获得自由度数 F = (C − 1)P + 2 − C(P − 1) = C − P + 2。

如果相间的平衡不受重力、电力或磁力或表面积的影响，而仅受温度、压力和浓度的影响，则该规则是有效的。

对于纯物质 C = 1 使得 F = 3 − P。在纯组分系统的单相（P = 1）条件下，可以独立选择两个变量（F = 2），例如温度和压力 与相位一致的任何一对值。 但是，如果温度和压力组合的范围达到纯组分分离成两相的程度 (P = 2)，则 F 从 2 降低到 1。当系统进入两相区时，不再可能 独立控制温度和压力。

当单组分系统在平衡状态下分离为液相和气相时，液气区域之间的边界曲线描绘了温度和压力之间的约束。 增加两相线上压力的xxx方法是提高温度。 如果通过冷却降低温度，一些气体会冷凝，从而降低压力。 在这两个过程中，温度和压力保持在该边界曲线所示的关系中，除非一相完全被蒸发或冷凝消耗，或者除非达到临界点。 只要有两相，就只有一个自由度，对应于沿相界曲线的位置。

临界点是液气边界末端的黑点。 随着接近这一点，液相和气相逐渐变得更加相似，直到在临界点不再分离为两相。