第05讲 相律和相图ppt课件.ppt

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1、第三章相律和相图引言相律及基本概念勒夏德里叶定理相图的研究方法相图分析1中国科学技术大学相变贮能讲义吉布斯美国物理化学家吉布斯，1839年2月11日生于康涅狄格州的纽黑文。在1873-1878年发表的三篇论文中，以严密的数学形式和严谨的逻辑推理，导出了数百个公式，特别是引进热力学势处理热力学问题，在此基础上建立了关于物相变化的相律，为化学热力学的发展做出了卓越的贡献。1902年，他把玻尔兹曼和麦克斯韦所创立的统计理论推广和发展成为系统理论，从而创立了近代物理学的统计理论及其研究方法。吉布斯还发表了许多有关矢量分析的论文和著作，奠定了这个

2、数学分支的基础。2中国科学技术大学相变贮能讲义引言镁橄榄石Mg2SiO4铁橄榄石Fe2SiO43中国科学技术大学相变贮能讲义水4中国科学技术大学相变贮能讲义相图的概念液体的蒸发、蒸汽的凝结、固体的融解、溶液的结晶、熔体的结晶以及晶体的熔融和不同晶形的转变等都是人们熟知的相变过程，也是科技工作者十分关注的课题。在一个多相体系中，随着温度、压力和组分的变化，相的种类、数量和含量都要相应地发生变化。相图又称组合图或平衡图，所谓的平衡图是指物体在平衡状态下所显示的相的关系。5中国科学技术大学相变贮能讲义相图的用途在冶金工业中，控制金属的冶炼过程

3、、对物质的高度提纯，分析金属组成和性能的关系，研制具有优良性能的新合金以及探讨稀土元素对改善钢的性能的影响都要应用相图。在硅酸盐工业中，确定某种材料的配方，选择烧成制度，预测产品性能等也离不开相图。在开发新材料的过程中，往往要研究用什么原材料在什么条件下可以形成什么相，预计可以获得什么性能。相图在化学、化工、矿物、地质和物理等领域中的应用也十分广泛。6中国科学技术大学相变贮能讲义相图的应用例—钢的含硫量硫是钢铁中十分有害的杂质元素，根据Fe-FeS系统相图，假设钢液中含FeS在C点以右，即大于0.02wtFeS,则冷却时先析出固溶体。

4、当冷却到985摄氏度时，开始析出+固溶体共晶（组成点E），这些共晶分布在先前析出的晶粒边界上。7中国科学技术大学相变贮能讲义相图的应用例—钢的含硫量具有这种结构特征的固体重新加热时，其中共晶体首先熔化，这就是导致热加工时在晶界处产生断裂的原因，工业上称之为“热脆”现象。它破坏了钢的完整性，所以钢铁生产中对含硫量作了严格的规定。8中国科学技术大学相变贮能讲义第二节相平衡的基本概念及相律相平衡的基本概念系统在热力学中所研究的对象，都是由大量分子或原子组成的宏观物体或物体系统（如气体、液体、固体等），称为热力学系统，简称系统（或体系）。系

5、统以外的物质统称为外界或环境。当外界条件不变时，如果系统的各种性质不随时间而改变，则这种系统就处于平衡状态。凡是能够忽略气相影响，只考虑液相和固相的系统称为凝聚系统。9中国科学技术大学相变贮能讲义相及其特征热力学上所谓的相是指系统的一部分，这部分的性质和成分是均匀的，是物理地有它本身的特性而且至少在理论上可以从系统的其它部分分离的。化学性质和物理性质都不同的两种物质可在同一相区内，只要它们的代表性变量如温度、压力、成分及晶体点阵常数等可连续地从一种物质变到另一种物质。一个相中可以包含几种物质，即几种物质可以形成一个相。空气、NaCl水溶

6、液一种物质可以有几个相。水（冰、液、汽）；碳（石墨、金刚石）固体机械混合物中有几种物质就有几种相。铁粉+碳粉一个相可以连续成一个整体，也可以不连续。水中的冰块10中国科学技术大学相变贮能讲义总之，气相只能是一个相，不论多少种气体混合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则为一相；其他情况下，一种固体是一个相。11中国科学技术大学相变贮能讲义独立组元（component）系统中每一个能单独分离出来并独立存在的化学均匀物质称为物种或组元。如盐水溶液中，NaCl和H2O都是物种，而其

7、中的离子则不是。决定一个相平衡系统的成分所必需的最少物种（组元）数称为独立组元数，通常用C表示。独立组元数为n的系统称为n元系统。注：有些教科书中把独立组元称为组元，要注意只有在特定条件下，独立组元与组元的含义才是相同的。在系统中如果不发生反应，则：独立组元数=物种数如铁砂和沙子混在一起及盐水溶液12中国科学技术大学相变贮能讲义自由度在一定范围内，可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变数称为自由度，平衡系统的自由度用F表示。这些变数主要指组成（浓度），温度和压力等强度量。一个系统中有几个独立变数就有几个自由度。平衡系统：最低自由

8、度（温度、压力、成份）或自由能最低。相变：在均匀单相内，或在几个混合相中，出现了不同成分或不同结构（包括原子、离子或电子位置及位面的改变），不同组织形态或不同性质的相，就称为相变。当母相失稳而新相具有较高的