פיזיקה של כלל שלבים

שלבהחוק הנוגע למשתנים של מערכת בשיווי משקל תרמודינמי, שהוסבר על ידי הפיזיקאי האמריקני ג'יי וילארד גיבס במאמריו על תרמודינמיקה (1875–78). מערכות הנמצאות בשיווי משקל תרמודינמי נחשבות בדרך כלל לבודדות מהסביבה שלהן בסוג של מיכל סגור, אך מערכות גיאולוגיות רבות יכולות להיחשב כצייתות לכלל הפאזה. המשתנים הם: מספר השלבים P (צורות של חומר; כלומר, מוצק, נוזל וגז לאו דווקא של מרכיב כימי אחד), מספר המרכיבים הכימיים C (תרכובות או יסודות טהורים) ומספר הדרגות של חופש F של משתנים אינטנסיביים, כגון טמפרטורה, לחץ ואחוז הרכב. כלל הפאזות קובע כי F = C -P + 2. אם כן, עבור מערכת של רכיב אחד עם שלב אחד, מספר דרגות החופש הוא שתיים, וכל טמפרטורה ולחץ, בגבולות, ניתן להשיג. עם רכיב אחד ושני שלבים - נוזל ואדי, למשל - קיים רק דרגת חופש אחת, ויש לחץ אחד לכל טמפרטורה. עבור רכיב אחד ושלושה שלבים (למשל, קרח שצף במים עם אדי מים מעליו, במיכל סגור), אין דרגת חופש, וטמפרטורה ולחץ קבועים שניהם במה שמכונה נקודת המשולש (ראה תרשים שלב).

שלב: כלל הפאזות

הסיווג והמגבלות של שינויי פאזה מתוארים על ידי כלל הפאזות, כפי שהציע הכימאי האמריקני ג'יי ווילארד גיבס

במערכות מרובת רכיבים מספר הרכיבים שיש לספור עשוי להיות פחות מהמספר הכולל אם חלקם נמצאים בשיווי משקל כימי זה עם זה. לדוגמה, מונומר (מולקולה פשוטה) בשיווי משקל עם הדימר שלו (שתי מולקולות קשורות כימית) ייחשב כמרכיב יחיד.