Фазовий простір Гіббса

Умови існування окремих фаз у даній системі, а також умови співіснування декількох фаз (багатофазні рівноваги) зручно описувати і аналізувати з допомогою геометричних образів. При цьому, згідно засадничих ідей Дж. Гіббса, кожному окремому стану, у якому знаходиться система, відповідає цілком визначена на площині або в об’ємі. В якості координат цієї точки, яку називають фігуративною або нодою, вибирають незалежні термодинамічні параметри системи – температуру, тиск, концентрацію. Виявляється, що в такого роду пласкому або тривимірному просторі у деякому інтервалі зміни незалежних параметрів стану фігуративні точки описують один й той самий випадковий стан або навіть одну й ту саму фазу.

Приклад 1. Для однокомпонентної системи фазовий простір будується в координатах температура – тиск. Згідно наведеної на рисунку 2 діаграми стану, усі фігуративні точки, що знаходяться вище і лівіше від лінії 1-1, описують a- стан системи, в якому стійкою є a-фаза. Усі точки, що знаходяться нижче і правіше від лінії 1-1, описують область стійкості b-фази. Границя 1-1 цих двох фазових просторів описує умови рівноваги двох a- та b-фаз.

В принципі ці умови можна виразити з допомогою методів аналітичної геометрії.

Рисунок 2 – Діаграма фазових рівноваг в однокомпонентній системі

Приклад 2. У двохкомпонентній системі фазовий простір будується в координатах тиск – температура – концентрація і представляє собою деякий об’єм. Однак на практиці металургійного виробництва процеси найчастіше усього відбуваються при атмосферному або близькому до нього тиску. Тому, приймаючи для простоти тиск величиною постійною, фазовий простір зручно будувати у двох координатах: концентрація-температура.

Як виходить з діаграми стану, що наведена на рис. 3, фазовий простір системи А-В розділений на дві області: вище за криву a-c-b – область стійкості a-фази і нижче за лінію a-d-b – область стійкості b-фази.