ギブズの相律計算機

ギブズの相律 (Gibbs' Phase Rule) とは？

ギブズの相律は、平衡状態にある化学系において、勝手に変えることのできる示強変数（温度、圧力、組成など）の数、すなわち「自由度 ($F$)」を求めるための重要な法則です。

公式

• $F$ (Freedom, 自由度): 平衡を維持したまま、独立に変化させることができる変数の数。（温度、圧力、組成など）
• $C$ (Components, 成分の数): 系を構成する化学的に独立な成分の数。化学反応がない場合、物質の種類数と同じです。（例: 水＝1成分、食塩水＝2成分）
• $P$ (Phases, 相の数): 系内に共存する均一な部分の数。（例: 氷水＝固相＋液相＝2相、水蒸気＝気相＝1相）
• $+ 2$: 通常、温度 ($T$) と圧力 ($p$) の2つの変数を考慮するため。定圧条件下など、変数が制限される場合はこの数が変わります（凝縮相律では $+1$ となることも）。

計算例と意味

系 (例: 水 $H_2O$)	成分数 $C$	相の数 $P$	自由度 $F$	意味
液体の水のみ (1相)	1	1	2	温度と圧力をそれぞれ自由に変えられる (平面領域)。
水と水蒸気 (気液平衡)	1	2	1	温度を決めると蒸気圧が決まる (1変数のみ自由, 曲線)。
氷と水と水蒸気 (三重点)	1	3	0	温度も圧力も固定される (不変点)。条件を変えると平衡が崩れる。

この計算機は、物理化学や化学工学、材料科学の学習・研究において、相図（Phase Diagram）を理解するための基本的なツールとして役立ちます。