En termodinámica , un componente es uno de un conjunto de constituyentes químicamente independientes [a] [1] de un sistema . El número de componentes representa el número mínimo de especies químicas independientes necesarias para definir la composición de todas las fases del sistema. [2]
Es necesario calcular el número de componentes de un sistema cuando se aplica la regla de fase de Gibbs para determinar el número de grados de libertad de un sistema.
El número de componentes es igual al número de especies químicas distintas (componentes), menos el número de reacciones químicas entre ellos, menos el número de restricciones (como la neutralidad de carga o el equilibrio de cantidades molares).
Supongamos que un sistema químico tiene M elementos y N especies químicas (elementos o compuestos). Estos últimos son combinaciones de los primeros, y cada especie A i se puede representar como una suma de elementos:
donde a ij son los números enteros que indican el número de átomos del elemento E j en la molécula Ai . Cada especie está determinada por un vector (una fila de esta matriz), pero las filas no son necesariamente linealmente independientes . Si el rango de la matriz es C , entonces hay C vectores linealmente independientes y los vectores NC restantes se pueden obtener sumando múltiplos de esos vectores. Las especies químicas representadas por esos vectores C son componentes del sistema. [3]
Si, por ejemplo, las especies son C (en forma de grafito ), CO 2 y CO, entonces
Dado que el CO se puede expresar como CO = (1/2)C + (1/2)CO 2 , no es independiente y se pueden elegir C y CO como componentes del sistema. [4]
Hay dos formas en que los vectores pueden ser dependientes. Una es que algunos pares de elementos siempre aparecen en la misma proporción en cada especie. Un ejemplo es una serie de polímeros que están compuestos por diferentes números de unidades idénticas. El número de tales restricciones viene dado por Z. Además, algunas combinaciones de elementos pueden estar prohibidas por la cinética química. Si el número de tales restricciones es R' , entonces
De manera equivalente, si R es el número de reacciones independientes que pueden tener lugar, entonces
Las constantes están relacionadas por N - M = R + R' . [3]
Este es un ejemplo de un sistema con varias fases, que a temperaturas ordinarias son dos sólidos y un gas. Hay tres especies químicas (CaCO 3 , CaO y CO 2 ) y una reacción:
El número de componentes es entonces 3 - 1 = 2. [2]
Las reacciones incluidas en el cálculo son sólo aquellas que realmente ocurren bajo las condiciones dadas, y no aquellas que podrían ocurrir bajo diferentes condiciones, como una temperatura más alta o la presencia de un catalizador. Por ejemplo, la disociación del agua en sus elementos no ocurre a temperatura normal, por lo que un sistema de agua, hidrógeno y oxígeno a 25 °C tiene 3 componentes independientes. [2] [4]
Considere una solución acuosa que contiene cloruro de sodio (NaCl), cloruro de potasio (KCl), bromuro de sodio (NaBr) y bromuro de potasio (KBr), en equilibrio con sus respectivas fases sólidas. Si bien están presentes 6 elementos (H, O, Na, K, Cl, Br), sus cantidades no son independientes debido a las siguientes restricciones:
En consecuencia, el número de constituyentes variables independientemente y, por tanto, el número de componentes, es 4.
