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과학

깁스 상률

깁스 상률과학
영문명
Gibbs phase rule
다른 표현
상률
기본식
F=C−P+2
자유도의 뜻
평형을 유지하며 독립적으로 정할 변수 수
깁스 상률은 평형에 있는 계의 성분 수와 상의 수로부터 독립적으로 정할 수 있는 변수의 수를 나타내는 관계다. 기본 형태는 F=C−P+2이며, F는 자유도, C는 성분 수, P는 상의 수다.

순수한 물질의 한 상

성분 하나가 단일 상으로 존재한다면 C=1, P=1이므로 F=2다. 일반적인 압력-온도 그림에서는 그 상의 영역 안에서 압력과 온도를 독립적으로 선택할 수 있다는 설명과 연결된다. 상의 양이 몇 g인지까지 이 두 변수에 포함해 세는 것은 아니다.

두 상의 경계

성분 하나의 두 상이 평형으로 공존하면 F=1−2+2=1이다. 온도를 정하면 그 공존 조건의 압력이 함께 정해지는 식으로 독립 변수가 줄어든다. 경계에서 온도와 압력을 아무 조합으로나 바꿀 수 있는 것은 아니다.

삼중점의 자유도

한 성분에서 세 상이 평형이면 F=1−3+2=0이다. 해당 세 상의 공존을 유지하면서 온도와 압력을 독립적으로 바꿀 여지가 없다는 뜻이다. 물질이 움직이지 않거나 각 상의 양이 같아야 한다는 의미는 아니다.

제약 조건을 확인한다

기본 식의 +2는 온도와 압력을 포함하는 표현이다. 압력 등을 이미 고정한 문제라면 남은 자유도를 그 조건에 맞게 읽어야 한다. 화학 반응이 있는 계에서는 반응식에 보이는 물질 종류를 그대로 독립 성분 수로 세지 않고 성분의 독립성을 검토한다.

관련 문서

상평형도 / 삼중점 / 화학 평형 / 온도 / 압력 / 깁스 에너지 / 몰 분율