占布斯相律

描述相平衡体系中独立强度性质数也就是自由度的公式称之为占布斯相律公式，它表示：在一定的条件下，体系平衡共存的相数、体系的组分数和确定体系状态所必须的自由度数之间的关系。1

相律和占布斯相律公式的推导一个包含着K种组分的平衡体系,设各组分分布在Φ个相中,对于每个相,便有温度、压力及(K-1)个物质的摩尔分数（因Σxi,=1,故有一组分的x属于不言自明）这样一些强度性质,于是对每一相便有的强度性质个数公式如下：

对于Φ个相,似有Φ（K+1）个强度性质,但是一个多相平衡体系,必须满足下列平衡条件：

1、热平衡：各相间若非刚性绝热度，各相温度必然相等，以保证各相之间五净热传递。

共有（Φ-1）个等式。

2、压力平衡：各相的压力必须相等,保证各相均无膨胀和收缩之虞。

也共有（Φ-1）个等式。

3、相平衡：上述两点并非是相平衡的足够条件,因为每种组分能分别在相间成平衡的必要条件,必须所有各相中的化学势相等,才能保证各相之间无物质的净转移,于是便有

共有K（Φ-1）个等式。

这样，在一个相平衡体系的Φ(K+1)个强度性质的总数中便存在着上述3条所指出的

个制约条件。

该相平衡体系的独立强度性质只能是

因此相平衡体系的独立强度性质数亦即自由度f，为

上面的公式就是占布斯相律公式,它表示：在一定的条件下,体系平衡共存的相数、体系的组分数和确定体系状态所必须的自由度数之间的关系。其中2的意义是假定外界条件影响只考虑温度和压力这两个变量。而在外压对相平衡体系影响不大的凝聚体系中,常看作定压,因此可将2改为1,称为条件自由度公式f*

在占布斯相律公式末尾那个常数上,如果考虑体系还受其他因素(如电、磁、外力场等)的影响,则须以外因条件“n”代替“2，”因而改写为f=K-Φ+n。

相律在相平衡研究中发挥重要的作用,但是应该注意到,相律只能告诉我们总的方向,而不能如实地告诉我们究竟是哪些相、组分及独立变量等更具体的问题。1

自由度确定平衡体系的状态所需的独立强度变量数,称为体系的自由度( degree of freedoom)。如温度、压力或浓度等均可作为自由度。另一种理解是在保持体系原有的相的数目和相的形态不变的相平衡状态的条件下,体系所能改变的最大限度的强度性质数称为自由度数。用“f”标记之,自由度数等于零的体系,称为无变量体系,自由度数等于1,称为单变量体系,以此类推。

例如,水在298K及标准气压下，在一定范围内，我们可以任意地同时改变水的温度和压力，仍能保持液相存在,故称自由度f=2。在p-T图中表现为一个面积区域。1

本词条内容贡献者为:

杨晓红 - 副教授 - 西南大学