相图与相平衡基础知识

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1、第六章相平衡和相图什么是相图相图的研究方法有哪些相图的应用相图的定义在一个多相体系中，随温度、压力和浓度的变化，相的种类、数量及含量都要相应地发生变化，对于变化情况可用几何图形来描绘，这个图形就可以反映出该系统在一定组成、温度和压力下，达到平衡时所处的状态，这个几何图形就是相图，也叫相平衡图、状态图。相图的应用在冶金行业金属加工行业在硅酸盐行业在新材料研究与开发中相平衡研究中的一些基本概念系统相独立组元自由度外界影响因素相律系统选择的研究对象称为系统。系统以外的一切物质都称为环境。当外界条件不变时，如果系统的各种性质不随时间而变化，则这系统就处于平衡状态，没有气相或虽有气相但其影响

2、可忽略不计的系统成为凝聚系统。一般合金和硅酸盐体系多属于聚凝系统。对于气相不能忽略的，不能按聚凝系统对待。相系统中具有相图物理化学性质的完全均匀的部分的总和称为相。相与相之间有界面，各相可以用机械方法加以分离，越过界面时性质发生突变。例如，水和水蒸汽共存时，其组成虽同为H2O，但因有完全不同的物理性质，所以是两个不同的相。一个相必须在物理性质和化学性质上都是均匀的，这里的“均匀”是指一种微观尺度的均匀，但一个相不一定只含有一种物质。例如，乙醇和水混合形成的溶液，由于乙醇和水能以分子形式按任意比例互溶，混合后成为各部分物理性质、化学性质都相同，而且完全均匀的系统，尽管它含有两种物质，

3、但整个系统只是一个液相。而油和水混合时，由于不互溶而出现分层，两者之间存在着明显的界面，油和水各自保持着本身的物理化学性质，因此是一个两相系统。一个物质可以有几个相。例如水可有固相、气相和液相。相与物质的数量多少无关，也与物质是否连续没有关系，如水中有许多冰块，所有的冰块的总和为一相。对于系统中的气体，因其能够以分子形式按任何比例互相混合，所以如果所指的平衡不是在高压下的话，则不论有多少种气体都只可能有一个气相。如空气，其中含有多种气体，氧气、氮气、水汽、二氧化碳等。但只是一个相。对于系统中纯液体是一个相，混合液体则视其互溶程度而定，能完全互溶形成真溶液的，即为一相，若出现液相分层

4、便不止一相，如NaCl溶于水中成为NaCl水溶液虽然此溶液中有NaCl和水两中物质，但仍然组成一个液相，而30℃时，酚－水系统中若含有40wt％酚及60wt％水，这个浓度超过了该温度时酚在水中的溶解度，及水在酚中的溶解度，于是此系统就分成两个液相。一个是酚溶于水的溶液（含酚9％），另一个是水溶于酚的溶液（含酚70％）。对于系统中的固体，则有以下几种情况：1）形成机械混合物几种固态物质形成的机械混合物，无论其粉磨的多细，都不可能达到相所要求的微观均匀，因而都不能视为单相，有几种物质就有几个相。在硅酸盐系统中，在低共熔温度下从具有低共熔组成的液相中析出的低共熔混合物是几种晶体的机械混合

5、物，因而，从液相中析出几种晶体，即产生几种新相。2）生成化合物固态物质间每生成一个新的化合物，则形成一种新的固态物质，即产生一个新相。3）形成固溶体由于在固溶体晶格上个物质的化学质点是随机均匀分布的，其物理性质和化学性质符合相的均匀性要求，因而几个物质间形成的固溶体为一个相。4）同质多晶现象在硅酸盐物系中，这是极为普遍的现象，同一物质的不同晶型（变体）虽具有相图化学组成，但由于其晶体结构和物质性质不同，因而分别各自为相，有几种变体，即有几个相。总之，气相只能一个相，无论多少种气体混在一起都一样，形成一个气相，液体可以是一个相，也可以是两个相（互溶程度有限时）。固体如果是连续固溶体为

6、一相；其他情况下，一种固体物质是一个相。一个系统中所含有相的数目，叫做相数，以符号P表示，按照相数的不同，系统可分为单相系统（P=1），二相系统（P=2），三相系统（P=3）等。含有两个相以上的系统，统称为多相系统。独立组元（也称独立组分）系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学纯物质称为物种或组元。例如在盐水溶液中，NaCl和H2O都是物种，因为它们都能分离出来并独立存在。而Na＋，Cl－，OH－等离子就不是物种，因为它们不能独立存在。足以表示形成平衡系统中各相组成所需的最小数目的物种（组元）称为独立组元，它的数目，称为独立组元数，以符号C表示。常把具有n个独立组元的系统称为

7、n元系统。按照独立组分数目的不同，可将系统分为单元系统（C＝1）、二元系统（C＝2）、三元系统（C=3）等。在系统中如果不发生化学反应，此时独立组元数与组元数相等在系统中若存在化学反应，则每一个独立化学反应都要建立一个化学反应平衡关系式就有一个化学反应平衡常数K，当体系中有n个组元（即n中物质），并且存在一个化学平衡，于是就有（n-1）个组元的组成可以任意指定，余下一个组元的组成有化学平衡常数K来确定，不能任意改变了。所以在一个体系中若发生一个独立的化学反应，则独立组