Тиск насиченої пари однозначно визначається температурою.

Перейдемо до формулювання умов рівноваги фаз, що співіснують. Механічна умова рівноваги: тиск в обох фазах однаковий, тобто

Р₁=Р₂ Умова очевидна. Інакше поверхня поділу фаз мала б зміщуватися. Теплова умова рівноваги: температура обох фаз однакова, тобто

Т₁ = Т₂.

Теж очевидна умова. Інакше буде напрямлений потік тепла.

Ці дві умови, безперечно, необхідні, але не достатні. Справді, зі зміною об'єму змінюється кількість молекул у фазах. Отже, потрібна ще умова, яка має характеризувати стійкість кожної фази.

Це можна зробити за допомогою так званого ХІМІЧНОГО ПОТЕНЦІАЛУ Ф, який теж є функцією стану. Він пов'язаний з ентальпією I температурою Т та ентропією S такою формулою:

Ф = I-TS.

Стверджується, що хімічний потенціал системи має залишатися незмінним. Справді, зміна хімічного потенціалу

dФ = dI-TdS-SdT,

dl = 0, оскільки в ізольованій системі dQ =dl=0;

SdT= 0, оскільки температура стала (Т= const) і dT=0;

TdS = 0, оскільки в рівноважному стані ентропія набуває максимального значення, і тому dS = 0. Отже, dФ = 0 і Ф = const.

Хімічний потенціал спеціально придумано для опису систем зі змінною кількістю частинок. Потрібно лише в усі термодинамічні потенціали ввести додатковий член із хімічним потенціалом. Якщо кількість частинок у системі стала, то зміна внутрішньої енергії

dU=TdS-PdV.

Для системи зі змінною кількістю частинок маємо:

dU=TdS-PdV+ФdN.

Звідси випливає, що хімічний потенціал дорівнює частинній похідній від внутрішньої енергії за кіль­кістю частинок, якщо об'єм і значення ентропії сталі:

Ф=

V=const

S=const

Для обчислення хімічного потенціалу можна скористатися й іншими термодинамічними потенціалами.

Хімічний потенціал визначає зміну будь-яких термодинамічних потенціалів

Унаслідок зміни кількості частинок у системі.

Хімічний потенціал — величина адитивна. Для системи, яка складається з двох фаз, сумарний хіміч­ний потенціал

Ф = Ф₁G₁+Ф₂G₂,

де Ф₁ і Ф₂ — хімічні потенціали відповідно першої і другої фази; G₁ і G₂ — кількість речовини в першій і в другій фазі. Зміна сумарного хімічного потенціалу така:

dФ=Ф ₁dG₁+Ф₂ dG2.

Повна кількість речовини в обох фазах стала, і тому

dG₁ = - dG₂

Далі маємо: (Ф₁ - Ф₂) dG₁ = 0. Оскільки dG₁ 0, то Ф₁ = Ф₂.

В умовах рівноваги хімічні потенціали фаз, що співіснують, однакові.

На Рис.2 наведено залежності хімічних потенціалів рідини Ф' і пари Ф" від тиску Р за сталої температури Т. При P = Ps відповідні графіки перетинаються. Тобто при тиску, який дорівнює тиску на­сиченої пари, хімічні потенціали рідини і пари однакові. За інших тисків рівноваги не буде і речовина перерозподілятиметься між фазами. Напрям перетікання речовини визначається нерівністю:

(Ф'-Ф") dG<0.

Якщо Ф' > Ф", то dG' > 0 — речовина перетікає від пари до рідини. Якщо Ф' < Ф", то dG' < 0 — речовина перетікає від рідини до пари.

Речовина перетікає до тієї фази, хімічний потенціал якої менший. Більш стійка та фаза, яка має найменший хімічний потенціал.