घटक (थर्मोडायनामिक्स)

ऊष्मप्रवैगिकी में, एक घटक थर्मोडायनामिक प्रणाली के रासायनिक रूप से स्वतंत्र घटकों के संग्रह में से एक है। घटकों की संख्या सिस्टम के सभी चरण (पदार्थ) की रासायनिक संरचना को परिभाषित करने के लिए आवश्यक स्वतंत्र रासायनिक प्रजातियों की न्यूनतम संख्या का प्रतिनिधित्व करती है। एक प्रणाली की स्वतंत्रता (भौतिकी और रसायन विज्ञान) की डिग्री की संख्या के निर्धारण में गिब्स के चरण नियम को लागू करते समय एक प्रणाली में घटकों की संख्या की गणना करना आवश्यक है।

घटकों की संख्या अलग-अलग रासायनिक प्रजातियों (घटकों) की संख्या के बराबर है, उनके बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं की संख्या घटाएं, किसी भी बाधाओं की संख्या घटाएं (जैसे चार्ज तटस्थता या दाढ़ मात्रा का संतुलन)।

गणना

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

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

कहाँ a_ij तत्व के परमाणुओं की संख्या को दर्शाने वाले पूर्णांक हैं E_j अणु में A_i. प्रत्येक प्रजाति एक वेक्टर (इस मैट्रिक्स की एक पंक्ति) द्वारा निर्धारित की जाती है, लेकिन पंक्तियाँ आवश्यक रूप से रैखिक स्वतंत्रता नहीं हैं। यदि मैट्रिक्स का रैंक (रैखिक बीजगणित) है C, तो हैं C रैखिक रूप से स्वतंत्र सदिश, और शेष N-C सदिश उन सदिशों के गुणकों को जोड़कर प्राप्त किया जा सकता है। उन द्वारा प्रतिनिधित्व की जाने वाली रासायनिक प्रजातियां C वैक्टर सिस्टम के घटक हैं। यदि, उदाहरण के लिए, प्रजातियाँ C (ग्रेफाइट के रूप में), CO हैं₂ और सीओ, फिर

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

चूँकि CO को CO = (1/2)C + (1/2)CO के रूप में व्यक्त किया जा सकता है₂, यह स्वतंत्र नहीं है और C और CO को सिस्टम के घटकों के रूप में चुना जा सकता है। वेक्टर निर्भर होने के दो तरीके हैं। एक यह है कि तत्वों के कुछ जोड़े हमेशा प्रत्येक प्रजाति में समान अनुपात में दिखाई देते हैं। एक उदाहरण पॉलीमर की एक श्रृंखला है जो समान इकाइयों की विभिन्न संख्याओं से बना है। इस तरह की बाधाओं की संख्या द्वारा दिया गया है Z. इसके अलावा, रासायनिक कैनेटीक्स द्वारा तत्वों के कुछ संयोजनों को प्रतिबंधित किया जा सकता है। यदि ऐसी बाधाओं की संख्या है R', तब

$C=M-Z+R'.$

समान रूप से, अगर R तब होने वाली स्वतंत्र प्रतिक्रियाओं की संख्या है

$C=N-Z-R.$

स्थिरांक इससे संबंधित हैं N - M = R + R'.

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।