余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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相变反应“L→S”的热力学本质探究

已有 114 次阅读 2024-10-31 04:10 |系统分类:教学心得

       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:

image.png

                                                        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:

image.png

                                                           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:

image.png

                                                       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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