घटक (थर्मोडायनामिक्स)

ऊष्मप्रवैगिकी में, एक घटक एक प्रणाली के रासायनिक रूप से स्वतंत्र घटकों का एक संग्रह है। घटकों की संख्या प्रणाली के सभी चरणों की संरचना को परिभाषित करने के लिए आवश्यक स्वतंत्र रासायनिक प्रजातियों की न्यूनतम संख्या का प्रतिनिधित्व करती है।

प्रणाली की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या के निर्धारण में गिब्स के चरण नियम को लागू करते समय एक प्रणाली में घटकों की संख्या की गणना आवश्यक है।

घटकों की संख्या अलग-अलग रासायनिक प्रजातियों (घटकों) की संख्या के बराबर होती है, जो उनके बीच होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं की संख्या घटाती है, किसी बंधन को घटाती है (जैसे आवेश तटस्थता या दाढ़ मात्रा का संतुलन)।

गणना

मान लें कि एक रासायनिक प्रणाली में M तत्व और N रासायनिक प्रजातियां (तत्व या यौगिक) हैं। बाद वाले पूर्व के संयोजन हैं, और प्रत्येक प्रजाति A_i को तत्वों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है:

$A_{i}=\sum _{j}a_{ij}E_{j},$

जहाँ a_ij अणु A_i में E_j तत्व के परमाणुओं की संख्या को दर्शाने वाले पूर्णांक हैं। प्रत्येक प्रजाति एक वेक्टर (इस मैट्रिक्स की एक पंक्ति) द्वारा निर्धारित की जाती है, लेकिन पंक्तियाँ अनिवार्य रूप से रैखिक रूप से स्वतंत्र नहीं होती हैं। यदि मैट्रिक्स का श्रेणी C है, तो C रैखिक रूप से स्वतंत्र सदिश हैं, और शेष N-C सदिश उन सदिशों के गुणकों को जोड़कर प्राप्त किए जा सकते हैं। उन C सदिशों द्वारा प्रदर्शित रासायनिक प्रजातियाँ प्रणाली के घटक हैं।

यदि, उदाहरण के लिए, प्रजातियां C (ग्रेफाइट के रूप में), CO₂ और CO हैं, तब

${\begin{bmatrix}1&0\\1&2\\1&1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}C\\\\O\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}C\\CO_{2}\\CO\end{bmatrix}}.$

चूँकि CO को CO = (1/2)C + (1/2)CO₂ के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, यह स्वतंत्र नहीं है और C और CO को प्रणाली के घटकों के रूप में चुना जा सकता है।

ऐसे दो तरीके हैं जिनसे सदिश निर्भर हो सकते हैं। एक यह है कि तत्वों के कुछ जोड़े प्रत्येक प्रजाति में हमेशा एक ही अनुपात में दिखाई देते हैं। एक उदाहरण पॉलिमर की एक श्रृंखला है जो समान इकाइयों की अलग-अलग संख्याओं से बना है। इस तरह की बाधाओं की संख्या Z द्वारा दी गई है। इसके अलावा, तत्वों के कुछ संयोजन रासायनिक कैनेटीक्स द्वारा निषिद्ध हो सकते हैं। यदि ऐसे अवरोधों की संख्या R' है, तब

$C=M-Z+R'.$

समतुल्य रूप से, यदि R स्वतंत्र प्रतिक्रियाओं की संख्या है जो तब हो सकती है

$C=N-Z-R.$

स्थिरांक N - M = R + R' से संबंधित होते हैं।

उदाहरण

सीएसीओ₃ - काओ - सीओ₂ सिस्टम

यह कई चरणों वाली प्रणाली का एक उदाहरण है, जो साधारण तापमान पर दो ठोस और एक गैस है। तीन रासायनिक प्रजातियां हैं (CaCO₃, सीएओ और सीओ₂) और एक प्रतिक्रिया:

सीएसीओ₃ ⇌ काओ + सीओ₂.

घटकों की संख्या तब 3 - 1 = 2 है।

जल - हाइड्रोजन - ऑक्सीजन प्रणाली

गणना में शामिल प्रतिक्रियाएं केवल वे हैं जो वास्तव में दी गई शर्तों के तहत होती हैं, न कि वे जो विभिन्न परिस्थितियों जैसे उच्च तापमान या उत्प्रेरक की उपस्थिति के तहत हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, पानी का इसके तत्वों में पृथक्करण सामान्य तापमान पर नहीं होता है, इसलिए 25 डिग्री सेल्सियस पर पानी, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की एक प्रणाली में 3 स्वतंत्र घटक होते हैं।