化學自由度的公式是△G=△H-△（TS），系統吉布斯自由能變化等於焓變減溫度乘熵的變化值，自由能是指在某一個熱力學過程中，系統減少的內能中可以轉化為對外做功的部分。

封閉系統在等溫等壓條件下可能做出的最大有用功對應於狀態函數，吉布斯自由能（有時簡稱自由能或吉布斯函數，符號為G）的變化量。對於化學反應，它的吉布斯自由能的變化量△G可以通過電化學方法測得。

相律的公式為：F= C - P + n

F為自由度。只能為0或正整數。最小也就是取到0。

P為相的數目。（相，是指物理性質和化學性質完全相同的均勻部分。相與相之間有界面叫相界面）

n為能夠影響系統平衡狀態的外界因素的個數，如溫度、壓力、磁場、電場、重力場、滲透壓等等。

由於一般情況下，我們只考慮溫度和壓力，所以一般情況下，相律寫成

F= C - P +2。

C代表的是獨立的組分數。

C= S - R - R’

S為系統中存在的物質的種類的數目，簡稱物種數。

R為獨立存在的平衡反應的個數。

R’ 為濃度的限制條件。

1、 相律是根據熱力學平衡條件推導而得，因而只能處理真實的熱力學平衡體系，不能預告反應動力學（即反應速度問題）。

2、相律表達式中的“2”是代表外界條件溫度和壓強。如果電場、磁場或重力場對平衡狀態有影響，則相律中的“2”應為“3”、“4”、“5”。如果研究的系統為固態物質，可以忽略壓強的影響，相律中的“2”應為“1”。

3、必須正確判斷獨立組分數、獨立化學反應式、相數以及限制條件數，才能正確應用相律。

4、只表示系統中組分和相的數目，不能指明組分和相的類型和含量。

5、自由度只取“0”以上的正值。如果出現負值，則說明系統可能處於非平衡態

相律

相律是反映體系內自由度與組分數和相數間關系的數學表達式。系統中物理性質和化學性質完全均勻的部分。在多相系統中，相與相之間有明顯的界面，超過界面，物理或化學性質發生突變。系統中所包含相的總數，稱為“相數。

基本信息

中文名 相律

外文名 phase rule

表達式 F=C-P+2

應用學科

物理

相關人物

吉布斯

簡介

概述

對多相平衡的研究有著重要的實際意義。多相平衡現象在自然界及化工生產中經常遇到。如：自然界的冰水共存，鹽湖中鹽塊與湖水共存等都是多相平衡；在化工上，溶液的蒸發與蒸餾，固體的昇華與融化，氣體、固體、液體的相互溶解，原料、產品的分離和提純—結晶、萃取、凝結，等等，均涉及到多相平衡問題。多相平衡現象，雖然種類繁多，但都遵守一個共同的規律—相律。

基本概念

1、相律，是研究相平衡的基本規律，表示平衡物系中的自由度數，相數及獨立組分數之間的關系。

（1）相與相之間有界面，各相可以用物理或機械方法加以分離，越過界面時性質會發生突變。

（2）一個相可以是均勻的，但不一定只含一種物質。

體系的相數P∶

氣體：一般是一個相，如空氣組分複雜。

液體：視其混溶程度而定，可有1、2、3…個相。

固體：有幾種物質就有幾個相，如水泥生料。但如果是固溶體時為一個相。

固溶體：固態合金中，在一種元素的晶格結構中包含有其它元素的合金相稱為固溶體。在固溶體晶格上各組分的化學質點隨機分布均勻，其物理性質和化學性質符合相均勻性的要求，因而幾個物質間形成的固溶體是一個相。

2、相平衡體系∶在宏觀上沒有任何物質從一相轉移到另一相的體系。

其它

Gibbs相律

熱力學平衡條件下，系統的組分數、相數和自由度數之間的關系：

Φ+f=C+2

式中Φ----在所選系統中共存相的數目；

f----自由度；

C----系統中的組元數。

C組元(組分)系統中每一個能夠單獨分離出來並能夠獨立存在的化學純物質。如元素、化合物或溶液。自由度F是當系統為平衡狀態時，在不改變相的數目情況下，可獨立改變的因素（如溫度和壓力）。

注意事項

1.相律是根據熱力學平衡條件推導而得，因而只能處理真實的熱力學平衡體系，不能預告反應動力學（即反應速度問題）。

2.相律表達式中的“2”是代表外界條件溫度和壓強。如果電場、磁場或重力場對平衡狀態有影響，則相律中的“2”應為“3”、“4”、“5”。如果研究的系統為固態物質，可以忽略壓強的影響，相律中的“2”應為“1”。

3.必須正確判斷獨立組分數、獨立化學反應式、相數以及限制條件數，才能正確應用相律。

4.只表示系統中組分和相的數目，不能指明組分和相的類型和含量。

5.自由度只取“0”以上的正值。如果出現負值，則說明系統可能處於非平衡態。

一般推導

假設一個平衡系統中有C個組分、P個相，對於每一個相來說，溫度、壓力及其相成分（即所含各組分的濃度）可變。確定每個相的成分，需要確定(C-1)個組分濃度，因為C個組分濃度之和為100%。現有P個相，故有P(C-1)個濃度變量。所有描述整個系統的狀態有P(C-1)+2個變量。但這些變量並不是彼此獨立的，由熱力學可知，平衡時每個組分在各相中的化學勢都必須彼此相等。

一個化學勢相等的關係式對應一個濃度關係式，應減少一個系統獨立變量。C個組分在P個相中共有C(P-1)個化學勢相等的關係式，因此整個系統的自由度數應為：

F=P（C－1）+2－C（P－1）=C－P+2

歷史

吉布斯（Jsoiah Willard Gibbs,1839-1903年），美國理論物理學家。1875-1878年，先後分兩部分在康涅狄格（州）科學院學報（Trans. Conn. Acad. Sci.）上發表《關於多相物質的平衡》的文章，共計約400頁，約700多個公式。吉布斯的“相律”對於多相體系是“放置四海而皆準”的具有高度概括性的普適規律。它的重要意義就在於推動了化學熱力學及整個物理化學的發展，也成為相關領域諸如冶金學和地質學等的重要理論工具。