文档介绍：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
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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,奠定了这个数学分支的基础。
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引言
镁橄榄石Mg2SiO4
铁橄榄石Fe2SiO4
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水
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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。
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相图的用途
在冶金工业中,控制金属的冶炼过程、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。
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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,,则冷却时先析出固溶体。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。
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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。
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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。
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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
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