이성분 유기혼합물계이 어는점 도표 (예비레포트)

(1) 상률
물질의 주요한 상들(고체, 액체, 기체)은 각각 다른 조건 하에서 정의되는데 우리가 주로 접하게 되는 거의 모든 계들은 여러 가지 상이 공존하는 계이다. 각각의 상들은 독립적인 변수들에 의해서 정의될 수 있고, 공존은 제한된 범위에서만 일어나게 된다. 따라서 각각의 상의 상태를 이해하기 위해서는 여러 변수에 대한 지식이 필요하다. J. Willard Gibbs는 상률을 정립하였는데, 이는 변화시킬 수 있는 최소한의 중요 변수(예를 들어 온도, 압력, 밀도, 농도 등)를 결정한다. 또, 상의 상태를 규정하기 위해 요구되는 중요 변수의 최소 숫자를 결정하기 위한 식이다. 이 중요한 숫자를 F라고 부르고 이는 계의 자유도의 수를 의미하며 상률은 다음과 같이 표현된다.
여기서 C는 성분 수, P는 존재하는 상의 수를 의미한다.
상이란, 인접한 표면에 의해서 물리적으로 다른 부분들과 분리되는 계의 한 부분으로서 규정할 수 있다. 예를 들어 물과 수증기를 포함하고 있는 계는 2상계이고 얼음, 물 수증기의 평형혼합물은 3상계이다.
성분 수는 평형상태의 계의 각 상의 조성을 화학식이나 화학방정식으로 표현될 수 있는 성분의 가장 작은 수이며, 얼음, 물, 수증기의 평형혼합물의 성분 수는 하나이다. (물=얼음=수증기=)
3상계에서 각 상의 조성은 화학종의 어떠한 둘을 취하는 조합으로 표현할 수 있다. 그 예로 에서 왿� 을 사용하기 위해 선택한다면, 를 로 쓸 수 있다. 따라서 이 계의 성분 수는 둘이다.
자유도의 수는 계를 완전히 설명하기 위해 고정하여야 하는 세기변수들의 최소한의 수이다. 어떠한 계에 관련된 많은 수의 세기 성질들이 있지만, 계를 규정하기 위하여 이 모두를 다 설명할 필요는 없다. 다음의 예를 들어 자세히 알아보자
(ⅰ) 특정한 부피를 차지하고 있는 수증기. 이 계를 규정하기 위해서는 두 개의 독립변수가 필요하다. 왜냐하면 이 계에선 수증기만을 포함하고 있으니 , 성분 수도 1 이기 때문에 . 즉, 기체 계를 완전히 규정하는 데에는 변수들 중의 두 개를 아는 것이 필요하므로 우리는 이 계가 두 개의 자유도를 가진다고 말한다.