Yksikomponenttijärjestelmänä

Yksikomponenttijärjestelmänä viittaa järjestelmään, joka koostuu yhdestä ainoasta aineesta tai aineiden seoksesta, joka käyttäytyy yhtenä kokonaisuutena termodynaamisessa tarkastelussa. Tämä vastakohtana monikomponenttijärjestelmille, joissa on useampia erillisiä aineita, joilla on omat ominaisuutensa ja jotka voivat reagoida keskenään tai muuttua faasista toiseen itsenäisesti.

Yksikomponenttijärjestelmän keskeinen ominaisuus on, että sen tilan määrittämiseksi riittää yksi intensiivinen muuttuja, kuten lämpötila tai paine, kunhan aineen massa tai tilavuus on vakio. Esimerkiksi puhdas vesi on yksikomponenttijärjestelmä. Sen olomuoto (kiinteä, neste, kaasu) riippuu sen lämpötilasta ja paineesta. Faasidiagrammi kuvaa yksikomponenttijärjestelmän eri olomuotoja ja niiden välisiä tasapainorajoja paineen ja lämpötilan funktiona.

Termodynamiikassa Gibbsin faasisäännön mukaan yksikomponenttijärjestelmän vapausasteiden määrä (F) on F = C - P + 2, missä C on komponenttien lukumäärä ja P on faasien lukumäärä. Koska C = 1, vapausasteiden määrä on F = 1 - P + 2 = 3 - P. Kun tarkastellaan yhtä faasia (P=1), vapausasteita on kaksi (esim. T ja P voivat vaihdella vapaasti). Kahdella faasilla (P=2) on yksi vapausaste (esim. jos T on määritelty, P määräytyy). Kolmella faasilla (P=3), kuten veden sulamispisteessä normaalipaineessa, vapausasteita ei ole (F=0), eli tasapainotila on yksikäsitteisesti määrätty.

Yksikomponenttijärjestelmien tutkimus on perustavanlaatuista termodynamiikan ja materiaalitieteen ymmärtämisessä, ja se tarjoaa yksinkertaistetun mallin monimutkaisempien järjestelmien analysointiin.