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Regola delle fasi

Spiegazione della regola delle fasi

Per un determinato sistema termodinamico, conoscendo il numero delle fasi presenti all'equilibrio e il numero dei componenti chimici indipendenti, la regola delle fasi permette di calcolare la varianza del sistema (o grado di libertà, indicata la con lettera v) ovvero il numero delle variabili indipendenti (temperatura, pressione, composizione delle fasi) che si possono alterare lasciando invariati il numero e il tipo delle fasi presenti.

La regola delle fasi appena citata fa riferimento ai componenti chimici indipendenti: con tale termine si intendono quei componenti chimici presenti come molecole, atomi o ioni, meno le eventuali relazioni stechiometriche e di equilibrio che collegano le specie presenti.

Formulazione matematica della regola delle fasi

La formulazione matematica della regola delle fasi è la seguente:

v = C - P + 2

in cui:

  • v è la varianza del sistema;
  • C il numero dei componenti chimici indipendenti;
  • P il numero delle fasi presenti all'equilibrio.

Applicazione della regola delle fasi

Per capire il significato della regola delle fasi facciamo un esempio pratico.

Consideriamo un sistema a un solo componente (acqua) presente in due fasi (liquida e vapore).

Si ha che:

  • C = 1
  • P = 2

Quindi:

v = 1 - 2 + 2 = 1

Nel nostro sistema termodinamico il valore della varianza risulta essere quindi 1.

Ciò significa che si può arbitrariamente fissare la temperatura del sistema ma in tal modo rimarrà determinata la sua pressione (corrispondente alla tensione di vapore dell'acqua a quella temperatura).

Consideriamo un altro esempio.

Consideriamo un sistema a un solo componente (acqua) presente in tre fasi (solida, liquida e vapore).

Si ha che:

  • C = 1
  • P = 3

Quindi:

v = 1 - 3 + 2 = 0

In questo caso la varianza risulta essere 0 (si dice che il sistema risulta invariante); la coesistenza di queste tre fasi non permette cioè di alterare nessuna della variabili.

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