GibbsPhasenregel

Die Gibbs-Phasenregel, auch Gibbs-Phasenregel genannt, ist ein Grundsatz der Thermodynamik, der die Anzahl der Freiheitsgrade eines in Gleichgewicht befindlichen Systems mit mehreren Phasen beschreibt. Sie lautet F = C − P + 2, wobei F die Anzahl der unabhängigen intensiven Größen (wie Temperatur, Druck und Phasenzusammensetzung) ist, die gewählt werden können, ohne die Anzahl der Phasen zu ändern.

C steht für die Anzahl der chemischen Komponenten im System, und P ist die Anzahl der gleichzeitig im Gleichgewicht existierenden Phasen (fest, flüssig, gasförmig oder andere Phasen). Die gerichtete Gleichgewichtsbedingung verlangt, dass die chemischen Potenziale der Komponenten in allen Phasen übereinstimmen.

Die Formel liefert die Freiheitsgrade eines Systems unter bestimmten Randbedingungen. Beispiele: bei einem reinen Stoff (C = 1) mit zwei Phasen im Gleichgewicht ergibt sich F = 1; es gibt eine verbleibende unabhängige Variable (entweder Temperatur oder Druck) entlang der Phasenlinie. Bei drei Phasen eines reinen Stoffes (P = 3) ist F = 0, der Tripelpunkt ist eindeutig festgelegt. In einem binären System (C = 2) mit zwei Phasen im Gleichgewicht ergibt F = 2, was zwei unabhängige Größen erlaubt, um das Gleichgewicht zu beschreiben.

Anwendungsbereiche umfassen Phasendiagramme in Geologie, Materialwissenschaften und Chemie, insbesondere zur Bestimmung von Phasengrenzen, Misch- und Trennprozessen sowie der Stabilität mehrphasiger Mischungen. Die Regel setzt Gleichgewichtszustände voraus und gilt nicht, wenn kinetische Effekte, Nicht-Gleichgewicht oder offener Stoffaustausch vorliegen. Erweiterungen berücksichtigen Festlegung von Druck oder Temperatur als äußeren Randbedingungen, was die Anzahl der Freiheitsgrade entsprechend reduziert.