薬剤師国家試験出題項目

相平衡と相律

相平衡

系には、気相のみ、液相のみ、固相のみのように単一の相からなる均一系と、気相と液相の共存のように複数の系から成る不均一系がある。不均一系をなす複数の相の間に、物質の交換がありながら各相の量や組成が時間的に変化しないとき、それらの相は平衡にあるといい、一般に二つ以上の相の間の平衡を相平衡という。


 相律

 均一系及び不均一系において平衡が成立している場合には、相の数と状態を決める変数の間に次式の関係(相律)が成立する。

F=C-P+2

F:自由度、C:系の独立成分の数、P:相の数

自由度とは、その系の状態を指定するために必要な独立に決定できる示強性状態変数(温度、圧力、組成)の数を意味している。

<水の状態図における自由度>

<相の数が1(固体のみ、液体のみ、気体のみ)の場合>
水については、成分が水のみであることから、C=1となり、相の数が1の場合においては、自由度が2となる(F=C-P+2=1-1+2=2)。
このことから、相の数が1の場合、圧力及び温度を人為的に決定することが可能である。
<相の数が2(2相が平衡状態)の場合>
水については、成分が水のみであることから、C=1となり、相の数が2の場合においては、自由度が1となる(F=C-P+2=1-2+2=1)。
このことから、相の数が2の場合、圧力または温度を人為的に決定することが可能である。
<相の数が3(3相が平衡状態:三重点)の場合>
水については、成分が水のみであることから、C=1となり、相の数が3の場合においては、自由度が0となる(F=C-P+2=1-3+2=0)。
このことから、相の数が3の場合、圧力及び温度を人為的に決定することはできない。

◇関連問題◇
第102回問93、第104回問3

◇テキスト◇
相平衡と相律 PDF

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