Gibbs Fazlar Kuralı Gibbs Phase Rule, Amerikalı bilim adamı J. Willard Gibbs tarafından 1875 yılında keşfedilmiş bir termodinamiğin kuralıdır. Gibbs, termodinamiğin ilk temel kurallarından biri olan Gibbs Fazlar Kuralı'nı keşfettiği sıralarda, fazlar arasındaki ilişkileri açıklamaya yönelik bir kuralı da geliştirdi. Bu kural, daha sonra Gibbs Phase Rule olarak anılmaya başlandı ve termodinamiğin önemli kurallarından biri olarak kabul edildi. Gibbs Phase Rule, günümüzde de hala termodinamiğin önemli kurallarından biri olarak kabul edilmektedir ve birçok alanda yararlı bir araç olarak kullanılmaya devam etmektedir. Kural, bir sistem içinde bulunan fazların sayısını, sistemdeki değiştirilebilir parametrelerin sayısına göre belirler. Şekil 1 : i. fazlı bir sistemdeki dengeler. Denge halindeki bir sistem için; V; toplam değişkenlerin sayısı, e ; bağımlı değişkenlerin sayısı veya bağlı dengelerin sayısı ve F ; bağımsız değişkenlerin sayısı veya serbestlik derecesi olmak üzere \rm V = e + F Bir sistemdeki toplam değişkenlerin sayısı; basınç, sıcaklık ve konsantrasyonlar olmalıdır. Bir madde diğer bir madde içerisinde çözündüyse; 1 konsantrasyondan söz ettiğimizde diğer maddenin konsantrasyonu zaten bellidir. Bir madde içinde 2 madde çözündüyse, 3 madde olmasına karşın 2 konsantrasyodan söz etmemiz yeterlidir. Dolayısı ile C bileşenli bir sistem düşünüldüğünde (C-1) konsantrasyondan vardır. P fazlı bir sistemde ise ; P(C-1) konsantrasyon söz konusudur. Bu nedenle; \rm V=2+P(C-1) dir (Buradaki 2 nin sıcaklık ve basınç olduğunu gözden kaçırmayın.). Bir bileşen P adet faz içerisinde dağılmış olduğunda bağımlı denge sayısı P-1 kadardır. Bu nedenle; \rm e = C(P-1) dir. \rm F = 2 + P(C-1) + C(P-1) \rm F = 2 + C-P eşitliği elde edilebilir. Bu Gibbs Fazlar Kuralının temel ifadesidir. Şekil 1 : Saf bir maddenin faz diyagramı Şekil 1 de saf bir maddenin faz diyagramı görülmektedir. A, B ve C noktalarındaki serbestlik derecesini hesaplayarak, anlamını açıklayınız. A Noktası için Gibbs Serbestlik Derecesi ; A noktasında sistem tek fazlı olduğudan; P = 1 dir. Tek bileşen söz konusu olduğundan; C = 1 dir. \rm F = 2 + C-P \rm F = 2 + 1-1 = 2 F=2 olduğundan sistemin özelliklerini tanımlayabilmek sıcaklık ve basıncın ikisinin de bilinmesine gerek vardır. B Noktası için Gibbs Serbestlik Derecesi ; B noktasında sistem iki fazlı olduğudan; P = 2 dir. Tek bileşen söz konusu olduğundan; C = 1 dir. \rm F = 2 + C-P \rm F = 2 + 1-2 = 1 F=1 olduğundan sistemin özelliklerini tanımlayabilmek; Sıcaklık veya basıncı birinin bilinmesi yeterlidir. ya da Sistemin bu denge hali sıcaklık veya basınçtan herhangi biri ile oynanılarak bozulabilir. demektir. C Noktası için Gibbs Serbestlik Derecesi ; C noktasında sistem üç fazlı olduğudan; P = 3 dir. Tek bileşen söz konusu olduğundan; C = 1 dir. \rm F = 2 + C-P \rm F = 2 + 1-3 = 0 F=0 olduğundan sistemin özelliklerini bu noktada sıcaklık ve basınç dahil olmak üzere tüm özellikleri bellidir. Tek fazlı tuzlu su çözeltisi için Gibbs Serbestlik Derecesini hesaplayarak anlamını tartışınız. Sistem tek fazlı olduğudan; P = 1 dir. İki bileşen söz konusu olduğundan; C = 2 dir. \rm F = 2 + C-P \rm F = 2 + 2 - 1 = 3 F=3 olduğundan; bu sistemin fiziksel, kimyasal ve termodinamik özelliklerini tam olarak söyleyebilmek için üç değişkenin bilinmesine gerek vardır. Bunlar; sıcaklık, basınç ve bir konsantrasyonun değeridir. Bu üçünden biri değiştiğinde sistemim fiziksel, kimyasal ve termodinamik özellikleri değişecek demektir. Doygun tuz çözeltisi için Gibbs Serbestlik Derecesini hesaplayarak anlamını tartışınız. Sistem iki fazlı olduğudan; P = 2 dir. İki bileşen söz konusu olduğundan; C = 2 dir. \rm F = 2 + C-P \rm F = 2 + 2 - 2 = 2 F=2 olduğundan; bu sistemin fiziksel, kimyasal ve termodinamik özelliklerini tam olarak söyleyebilmek için yalnızca sıcaklık, basınç değerinin bilinmesi yeterlidir. Ya da sıcaklık veya basıçtan biri ile oynanarak denge bozulabilir deriz