相平衡と相律

相平衡とは、複数の相の間での平衡状態のことです。水を例にとると、氷と水(異なる相)が共存ししかもその構成比率が変わらないような状態のことです。断熱状態、0℃における氷水が1つの例です。(氷が水になるのと、水が氷になるのが等しい速度なので、構成比率が変わらず平衡状態といえます。)

相律とは、相の数と独立変数(圧力や温度)の自由度との関係を表す式のことです。自由度とは、相の数を変えることなく、変えることができるような独立変数の数のことです。相律の式は以下のようになります。独立変数とは、熱、圧力であると考えておけばいいです。

F(自由度)= C(成分の数)-P(相の数)+2

以下、2つの具体例をあげます。

例1:水のみ、液相のみ
成分が水のみなので、C=1。液相のみなので、P=1
→F =1-1+2=2
F = 2 の意味は、温度、圧力共に任意に変化できるという意味です。

例(2)水のみ、液相と気相が平衡状態
成分が水のみなので、C=1。液相と気相が平衡状態なので、P=2
→F=1-2+2=1
F = 1 の意味は、温度が決まると圧力が確定する、もしくは圧力が確定すると、温度が決まるという意味です。

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