Фазалық тепе-теңдік

Егер зат бірден фазаның бірнеше түрін түзе алса (мысалы су қатты фазасы – мұз, сұйық және газ – бу фазаларын бірден түзе алады), онда оның бір фазадан екінші фазаға ауысуы фазалық ауысу (түрлену) деп аталады. Қарама-қарсы жүретін фазалық ауысулардың жылдамдықтары бірдей болатын күйі фазалық тепе-теңдік деп аталады.

Жүйені құрайтын, бір немесе бірнеше фаза күйінде болатын заттар құрамдас бөліктер (компоненттер) деп аталады. Жүйенің компонент санын R деп белгідейді. Ал жүйеден бөлініп алына алатын және одан тыс еркін өмір сүре алатын жеке химиялық заттар тәуелсіз құрамдас бөліктер деп аталады, олардың санын К деп белгілейді және ол сол жүйенің әр фазасын түзуге қажетті компоненттердің ең аз санын көрсетеді. Мысалы: ас тұзының ерітіндісін алсақ, онда құрамдас бөліктер бар, ал тәуелсіз құрамдас бөліктер екеу ғана болады, ол: . Егер жүйеде химиялық реакция жүрмесе (компоненттер бір бірімен химиялық әрекеттеспейді), оның тәуелсіз құрамдас бөліктердің саны (К) компоненттердің санына (R) тең болады: K=R.

Егер жүйеде химиялық реакция жүрсе, онда тәуелсіз құрамдас бөліктердің саны (К) компоненттердің санынан (R) аз болады: K<R, себебі кейбір компоненттер реакция барысында түзіледі. Сонымен, химиялық жүйедегі тәуелсіз құрамдас бөліктер саны – жүйені құрайтын бөліктерден олардың арасындағы болатын реакциялар санын алып тастағанға тең. Егер құрамдас бөліктердің арасында реакция болмаса, онда құрамдас бөліктер саны сол құрамдас бөліктер саны тәуелсіз құрамдас бөліктердің санына тең болады.

Негізгі түсініктердің бірі – еркіндік дәрежесінің саны, варианттылық. Еркіндік дәрежесінің саны деп жүйедегі фазалар болатын күй-жағдайының термодинамикалық интенсивті параметрлерінің (мысалы P, V, T сияқты) санын айтады. Оны С әрпімен белгілейді. Еркіндік дәрежесінің саны, құрамдас бөліктер саны (К) және фазалар саны (Ф) арасындағы математикалық байланыс Гиббстің фазалар ережесімен (Д.Н.Гиббс, 1876ж.) немесе фазалар теңдеуімен анықталады: С = K – Ф + 2 (мұндағы 2 – тепе-теңдік күйдегі гетерогендік жүйеге әсер ететін сыртқы факторлардың саны, яғни температура мен қысым). Бұл ереже гетерогендік жүйелерді жіктеудің және ондай жүйелерді зерттеудің негізі болып табылады.

Конденсацияланған жүйелерде, яғни тек қатты және сұйық фазалардан тұратын жүйелерде қысымның тепе-теңдікке әсері ең аз болады. Ондай жүйелер үшін қысымды тұрақты деп қарастырып, фазалар ережесінің теңдеуін былай жазады: С = K – Ф + 1

Жүйелер фаза санына байланысты бір фазалық, екі фазалық және үш фазалық т.с.с. болып бөлінеді. Тәуелсіз құрамдас бөліктер санына қарай жүйелер бір компоненті, екі компонетті және үш компонетті т.с.с болып бөлінеді.

Кристалдық заттар мен сұйық фазаның арасындағы тепе-теңдікті анықтау үшін кеңінен физика-химиялық талдаудың термиялық әдісін қолднады. Бұл әдістің қарапайым түрі ерітінділерді жай көзбен бақылауға негізделген, мысалы белгілі концентрациялы ерітіндіде кристалдың пайда болуымен оның жоғалатын температураларын анықтауға негізделген.