प्रावस्था साम्यावस्था और प्रावस्था नियम

प्रावस्था साम्यावस्था ठोस, तरल, गैस और विलयनों के सह-अस्तित्व का वर्णन करती है, और गिब्स प्रावस्था नियम यह बताता है कि कितनी स्थितियों को स्वतंत्र रूप से बदला जा सकता है जबकि प्रावस्थाएँ संतुलन में रहती हैं।

Definition

प्रावस्था साम्यावस्था वे स्थितियाँ हैं जिनके तहत पदार्थ की दो या दो से अधिक प्रावस्थाएँ समान रासायनिक विभव पर सह-अस्तित्व में होती हैं, और प्रावस्था नियम वह संबंध है, स्वतंत्रता की कोटियाँ घटकों की संख्या घटा प्रावस्थाओं की संख्या जमा दो के बराबर होती हैं, जो स्वतंत्र रूप से परिवर्तनीय गहन स्थितियों की संख्या को निर्धारित करता है।

Scope

यह विषय प्रावस्था सह-अस्तित्व के ऊष्मागतिकी को शामिल करता है: प्रावस्थाओं में रासायनिक विभवों की समानता, प्रावस्था सीमाओं को नियंत्रित करने वाले क्लैपेरॉन और क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण, और शुद्ध पदार्थों और मिश्रणों के लिए प्रावस्था आरेखों का निर्माण और पठन। इसमें गिब्स प्रावस्था नियम शामिल है जो स्वतंत्रता की कोटियों को घटकों और प्रावस्थाओं से संबंधित करता है, अणुसंख्यक गुणधर्म (colligative properties), आंशिक मिश्रणता (partial miscibility), यूटेक्टिक (eutectics), और उत्तोलक नियम (lever rule) शामिल हैं, जबकि न्यूक्लिएशन (nucleation) और वृद्धि की गतिकी इसके दायरे से बाहर है।

Core questions

• साम्यावस्था में प्रत्येक सह-अस्तित्व वाली प्रावस्था में प्रत्येक घटक का रासायनिक विभव समान क्यों होना चाहिए?
• क्लैपेरॉन और क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण प्रावस्था सीमाओं के ढलान का वर्णन कैसे करते हैं?
• गिब्स प्रावस्था नियम एक विषम प्रणाली में स्वतंत्रता की कोटियों की गणना कैसे करता है?
• प्रावस्था आरेखों से यूटेक्टिक, एज़ियोट्रोप और आंशिक मिश्रणता को कैसे पढ़ा जाता है?

Key concepts

• प्रावस्थाओं में रासायनिक विभवों की समानता
• क्लैपेरॉन और क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण
• गिब्स प्रावस्था नियम और स्वतंत्रता की कोटियाँ
• प्रावस्था आरेख, टाई लाइनें और उत्तोलक नियम
• यूटेक्टिक, एज़ियोट्रोप और अणुसंख्यक गुणधर्म

Key theories

गिब्स प्रावस्था नियम

साम्यावस्था में एक प्रणाली के लिए स्वतंत्र रूप से बदली जा सकने वाली गहन चरों की संख्या घटकों की संख्या घटा प्रावस्थाओं की संख्या जमा दो के बराबर होती है, जो यह नियंत्रित करती है कि कितनी प्रावस्थाएँ सह-अस्तित्व में रह सकती हैं और प्रावस्था आरेख कैसे व्यवस्थित होते हैं।

प्रावस्था सीमाओं के लिए क्लॉसियस-क्लैपेरॉन संबंध

दबाव-तापमान आरेख में सह-अस्तित्व रेखा का ढलान संक्रमण के एन्ट्रापी और आयतन परिवर्तनों द्वारा निर्धारित होता है; वाष्पीकरण और उर्ध्वपातन के लिए यह क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण में कम हो जाता है जो वाष्प दाब को संक्रमण की एन्थैल्पी से जोड़ता है।

Clinical relevance

प्रावस्था साम्यावस्था रासायनिक निर्माण में आसवन और क्रिस्टलीकरण, सामग्री विज्ञान में मिश्र धातु और सिरेमिक प्रसंस्करण, भूविज्ञान में खनिजों के निर्माण, और क्रायोप्रोटेक्शन (cryoprotection) और फार्मास्युटिकल फॉर्मूलेशन (pharmaceutical formulation) में उपयोग किए जाने वाले हिमांक अवनमन (freezing-point depression) और परासरणी घटनाओं को नियंत्रित करती है।

History

क्लैपेरॉन ने 1834 में प्रावस्था-सीमा ढलानों के लिए समीकरण व्युत्पन्न किया; 1870 के दशक के गिब्स के प्रावस्था नियम ने विषम साम्यावस्थाओं को एक कठोर संयोजी संरचना दी, और रूज़ेबूम और अन्य ने इसे धातु विज्ञान और रसायन विज्ञान के लिए केंद्रीय बन चुके बहु-घटक प्रावस्था आरेखों के निर्माण के लिए व्यवस्थित रूप से लागू किया।

Key figures

• J. Willard Gibbs
• Benoit Paul Emile Clapeyron
• Hendrik Willem Bakhuis Roozeboom

Seminal works

• atkins2018
• levine2009

Frequently asked questions

एक प्रावस्था आरेख में एक बिंदु के लिए शून्य स्वतंत्रता की कोटि होने का क्या अर्थ है?

यह एक अपरिवर्तनीय बिंदु है, जैसे कि एक शुद्ध पदार्थ का त्रिक बिंदु, जहाँ तापमान और दबाव दोनों निश्चित होते हैं; स्थितियों में कोई भी परिवर्तन सह-अस्तित्व वाली प्रावस्थाओं में से एक को गायब होने के लिए मजबूर करता है।

दो-घटक तरल मिश्रण को कभी-कभी आसवन द्वारा पूरी तरह से अलग क्यों नहीं किया जा सकता है?

कुछ मिश्रण एज़ियोट्रोप बनाते हैं, ऐसी संरचनाएँ जिन पर वाष्प और तरल की संरचना समान होती है, इसलिए सामान्य आसवन दबाव बदले बिना या कोई अन्य घटक जोड़े बिना मिश्रण को उस बिंदु से आगे समृद्ध नहीं कर सकता है।