施萬,T.A.H.
[拼音]:Jibusi xianglü
[英文]:Gibbs phase rule
簡稱相律,或相平衡定律。它描述非均勻復相系(見相和相變)處於平衡時的性質:一個復相系在完全平衡時的自由度數F 等於其獨立組元數C 減去相數P 再加2。數學表示式為
F =C-P+2。 (1)
數字 2可認為是代表溫度和壓強兩個變數的數目。對於單元單相系,例如水,自由度數為2,故溫度和壓強可在合理的範圍內獨立地改變。對於單元二相系,例如水和水蒸氣的混合體,自由度數為1,表明溫度和壓強兩個變數中只有一個可以獨立地改變,故此時平衡態可在(T,p)相圖(見相和相變)上用一條曲線來表示。對於單元三相系,例如冰、水、水蒸氣的混合體,自由度數為0,表明溫度和壓強都有固定值而不能改變,此時平衡態在(T,p)相圖上就用一個點(通常稱為三相點)來表示。
式(1)只適用於壓強均勻的情況。當固體受到扭力作用時,最多可能有六個脅強,故應將式(1)中的數字2改為7。如再考慮電場、磁場和重力場等因素,式(1)中的數字2還要相應地增大。此時,可將式(1)改寫為更加普遍的形式
F+P =C+n。 (2)
即復相系的自由度數與相數之和,等於其獨立組元數加上影響該系統平衡的外界因素的數目n。
相律是由美國物理學家J.W.吉布斯在1875~1878年間發表的關於熱力學的論文中首先提出的。它是物理化學中最具普遍性的定律之一,適用於平衡態下的任何系統。它在討論復相平衡問題中起著一定的指導作用,在化工、冶金和其他工業方面都有廣泛的應用。