Reguła faz Gibbsa. Warunki współistnienia faz w układach jednoskładnikowych cz. III

Przez ostrożne oziębienie można obniżyć temperaturę wody poniżej 0°C nie powodując powstawania lodu. Zjawisko to nosi nazwę przechłodzenia wody. Stan równowagi pomiędzy parą a wodą przechło- dzoną jest stanem równowagi nietrwałej. Może on się utrzymać tylko w nieobecności fazy trwałej w danych warunkach, tj. lodu. Z chwilą wprowadzenia najmniejszego nawet kryształka lodu układ natychmiast przechodzi do stanu równowagi, odpowiadającego danej temperaturze, tj. lodu i pary (krzywa XB).

Warunki współistnienia wody przechłodzonej i pary przedstawione są na wykresie w postaci krzywej przerywanej XA’t będącej przedłużeniem krzywej AX poza punkt potrójny.

Rysunek 17 przedstawia pełny wykres równowagi faz dla wody z uwzględnieniem odmian lodu, trwałych pod wysokimi ciśnieniami. Obszary trwałości tych odmian lodu oznaczone są na wykresie kolejnymi liczbami rzymskimi 1—VII. Obszar I odnosi się do lodu zwykłego. Istnienie lodu IV nie zostało potwierdzone przez późniejsze badania i wobec tego pominięto go na rysunku.

Z reguły faz wynika, że największa liczba faz tej samej substancji, mogących współistnieć ze sobą w stanie równowagi trwałej, wynosi trzy. Dla większej liczby faz zmienność z musiałaby przyjąć wartości ujemne, co oczywiście nie może mieć sensu fizycznego.

Stosując regułą faz do rozwiązywania tych czy innych zagadnień z zakresu równowagi w układach wielofazowych, należy zdawać sobie sprawą z zakresu jej stosowalności. Z reguły faz wynika np., że w układzie ciecz-para prężność pary nasyconej ściśle zależy od temperatury. Jednakże z reguły faz niepodobna wywnioskować, jaką postać ma ta zależność w poszczególnych przypadkach, a więc np. czy ze wzrostem temperatury prężność pary rośnie, czy maleje i według jakiego równania. Dla rozwiązania tego zagadnienia należy oprzeć się na innych założeniach teoretycznych lub też wykonać odpowiednie pomiary.

W równaniu stanowiącym matematyczny wyraz reguły faz nie ma mowy o stosunkach ilościowych, w jakich poszczególne fazy występują obok siebie, gdyż stosunki te nie mają wpływu na warunki równowagi. Na przykład 1 g wody ciekłej znajduje się w danej temperaturze w równowadze pod tym samym ciśnieniem zarówno z 1 mg, jak i z 1 kg pary wodnej.

Wreszcie należy zaznaczyć, że w wyprowadzeniu reguły faz nie było uwzględnione działanie siły ciężkości, co powoduje pewne ograniczenie w jego stosowaniu.