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本文拟结合二组分凝聚系统相图,剖析相变反应“L→S”建立相平衡的热力学本质,供参考.
1. 固、液完全互溶的二组分凝聚系统相图
固、液完全互溶的二组分凝聚系统相图参见如下图1所示:
图1. 固、液完全互溶的二组分凝聚系统相图
物系点a降温至b点时,熔化物开始析出“A+B”固溶体,相变反应为:
L(熔化物)→S(固溶体)
物系点a继续冷却至c点时,d为固相点,e为液相点;建立相平衡时物系点c中固溶体与熔化物的物质的量
满足杠杆规则,即:n(固溶体)×│cd│=n(熔化物)×│ec│ (1)
式(1)中,│cd│=xc-xd;│ec│=xe-xc.
需明确,图1中熔化物及固溶体的成分均为“A+B”,当建立相平衡时,
μ(A+B固溶体,T)=μ(A+B熔化物,T)
ΔrGm=μ(A+B固溶体,T)-μ(A+B熔化物,T)=0
2. 固态部分互溶的二组分凝聚系统相图
固态部分互溶的二组分凝聚系统相图参见如下图2所示:
图2.固态部分互溶的二组分凝聚系统相图
物系点e降温至f点时,熔化物开始析出固溶体1,相变反应为:
L(熔化物)→S(固溶体1)
物系点继续降温至b点时,固溶体1的相点为l,熔化物的相点为k; 建立相平衡时,物系点b中固溶体1
与熔化物的物质的量满足杠杆规则,即:n(固溶体1)×│bl│=n(熔化物)×│kb│ (2)
式(2)中,│bl│=xb-xl;│kb│=xk-xb.
需明确,图1中熔化物及固溶体1的成分均为“A+B”,当建立相平衡时,
μ(A+B固溶体1,T)=μ(A+B熔化物,T)
ΔrGm=μ(A+B固溶体1,T)-μ(A+B熔化物,T)=0
3. 固态完全不互溶的二组分凝聚系统相图
固态完全不互溶的二组分凝聚系统相图参见如下图3所示:
图3.固态完全不互溶的二组分凝聚系统相图
物系点a降温至b点时,熔化物开始析出固相A,相变反应为:
L(熔化物)→SA
物系点继续降温至c点时,固相A的相点为s1',熔化物的相点为l1'; 建立相平衡时,物系点c中固相A
与熔化物的物质的量满足杠杆规则,即:n(固相A)×│cs1'│=n(熔化物)×│l1'c│ (2)
式(2)中,│cs1'│=xc-xs1';│l1'c│=xl1'-xc.
需明确,图1中熔化物的成分为“A+B”,当建立相平衡时,
μ(A,s,T)=μ(A,l,T)
ΔrGm=μ(A,s,T)-μ(A,l,T)=0
4. 结论
恒温恒压及非体积功为0条件下,相变反应“L→S”建立相平衡时,μ(s,T)=μ(l,T),
ΔrGm=μ(s,T)-μ(l,T)=0.
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