系の自由度

質問

勉強してきたのですが言葉だけだといまいちピンとこなくて理解できませんでした。
どなたかわかる方、教えてください。

系の自由度を規定する式はＦ=Ｃ－ｐ＋２で与えられることはわかりました。

１成分１相の場合で自由度２つまり２個の状態量で記述できるもの。
２成分１相の場合は自由度３で状態量に加えて１成分の割合を規定すればよい。
１成分２相の場合(気相、液相共存)は自由度１。温度を決めれば飽和蒸気圧

水の相図を例にしたときの実例を教えてください。
お願いします。

回答No.3

lialhyd · ベストアンサー

2成分系でよく見るのはペンタン―ヘプタンの系ですかね。

これは、ちょっと言葉のみで説明するのは骨が折れるのですが
Ｐ＝１atmと決めたときに、縦軸：温度Ｔ、横軸：ペンタンのモル分率χとする相図がかけます。
これを利用してＰ＝１atm、Ｔ＝３５３Ｋ、ペンタンの分率＝０．２
ここまで決めて、初めて状態というのは１つに定まるわけです。
（この場合は、ペンタンもヘプタンも両方がすべて気相になっている状態です）
分率が決まらなければ、同じ圧力と温度でも違う状態をとることがあります。
ちなみに、ペンタンの分率が０．８とか０．９とかになりますと
同じ圧力と温度であっても、ペンタン、ヘプタンともに液相にいきますし、分率が０．７あたりだと気液共存の状態です。

参考ＵＲＩに、２成分系の相図について解説しているページを載せておきます。
二硫化炭素―ベンゼン系ですが、これもよく見る成分系です。

参考URL：

http://kusuri-jouhou.com/physics/souzu.html

回答No.2

okormazd

水１成分１相は、ATBの左側、ATCの下側、BTCの上側のどれかです。これらの領域では、温度と圧力は別々に指定できます。自由に決めることのできる変数は2つです。F=1-1+2=2
水１成分2相共存は、ATの線上、TBの線上、TCの線上のどれかです。線上ですから、温度を決めれば圧力は決まってしまいます。圧力を決めれば温度が決まります。自由に決めることのできる変数は１つです。F=1-2+2=1
水１成分3相共存は、3重点Tです。この点は自由に決めることのできる変数はありません。自由度は０です。F=1-3+2=0

回答No.1

lialhyd

水を、ということなので２成分系の話はできませんが１成分系の話だけでも。

自由度とは、その状態で独立に変化させられる変数がいくつあるか、ということだと解釈していただいていいかと思います。

２相（気液共存）だと、たとえばＰ＝１atmと決めてしまうとその他の変数はすべて自動的に決まりますよね。
Ｔ＝３７３Ｋです。

ですが、１相（気相のみ）だとすると
Ｐ＝1atmと決めたとしても、状態がただ１つに決まりません。
Ｔ＝４００Ｋの状態もあるだろうし、Ｔ＝５００Ｋの状態もあるだろうから。
つまり、ＰとＴの２つを決めないと、状態がただ１つに決まらないということで自由度２なのです。

補足

ありがとうございました！！
１成分系についてはよく理解できました。

ちなみに水だと２成分の話はできないとおっしゃいましたが
実例をあげるとどのような状態か教えていただけると嬉しいです。