相变原理(徐祖耀著)思维导图
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第九章相变过程第九章相变过程相变过程是物质从一个相转变为另一个相的过程。
一般相变前后相的化学组成不变,因而相变是个物理过程不涉及化学反应。
从狭义讲,相变仅限于同组成的两相之间的结构变化;但广义概念,相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。
第一节相变的热力学分类一.一级相变热力学特点:1.相变时,两相的自由焓相等(即G1=G2,dG=0)。
∵G = U+pV-TSdG = dU+pdV+Vdp-TdS-SdT = 0假设是可逆过程且只做体积功,由热力学第一定律,内能增量为dU = TdS-pdV∴dG = T dS-pdV+pdV+Vdp-TdS-SdT∴dG = Vdp-SdT2.相变的时候,两相的自由焓一阶导数不连续。
恒压条件下,自由焓对温度求导,(?G1/?T)P≠(?G2/?T)P而恒压下,(?G/?T)=-S∴S1≠S2∴两相的熵发生不连续的变化(即没有相变潜热)。
温度T一定时,(?G1/?p)T≠(?G2/?p)T而温度T一定时,(?G/?p)=V∴V1≠V2∴有体积效应所以,相变时,有相变潜热,有体积效应。
二. 二级相变热力学特点:1.两相的自由焓相等。
2.两相自由焓的一阶导数是连续的(即相变时,没有相变潜热,没有体积效应)。
3.自由焓的二阶导数不连续。
P一定时,(?2G/?T2)P=-(?S/?T)P=-(C p/T),即二级相变时,C p1≠C p2,也就是两相的热容不等。
T一定时,(?2G/?p2)T=(?V/?p)T=(1/V)*(?V/?p)T*V,而K=(1/V)*(?V/?p)TK为等温压缩系数,所以K1≠K2;即二级相变时,两相的等温压缩系数是变化的。
(?2G/?p*?T)=(?V/?T)p=(1/V)*(?V/?T)p*V,而α=(1/V)*(?V/?T)p为等压热膨胀系数,所以α1≠α2;即二级相变时,两相的等压热膨胀系数是变化的。
第二节液——固相变(熔体结晶)一.核化均匀熔体实际上必须冷却到比熔点更低的一个温度才开始析晶。
第九章相变(phase transition)⏹9.0相、相变、相平衡的概念⏹9.1单元系一级相变的普遍特征⏹9.2气液相变⏹9.3克拉珀龙方程(Clapeyron equation)⏹*9.4临界温度很低的气体的液化⏹9.5范德瓦尔斯等温线对比物态方程⏹9.6固液相变⏹9.7固气相变三相图(triple phase diagram)⏹*9.8同素异晶的转变9.0相、相变、相平衡的概念⏹许多物质都是以固、液、气三种聚集态存在着,它们在一定的条件下可以平衡共存,也可以互相转变。
⏹相(phase):没有外力作用下,物理和化学性质完全相同,成分完全相同的均匀物质的状态称为相⏹例:常见的气体只有一个相,⏹常见的液体只有一个相,⏹但是,能呈液晶的纯液体有两个相:液相、液晶相,低温下的液氦有两个相:氦I、氦II⏹常见的固体有多个相,如:碳有三个相、冰有七个相、相变的概念:物质在压强、温度等外界条件不变的情况下,从一个相转变为另一个相的现象称为相变。
则:相变过程就是物质结构发生突然变化的过程,因而常伴随有某种物质性质的突然变化。
例:一种物质固态液态:固液相变,一种物质液态气态:液气相变,一种物质固态气态:固气相变,固态:一种晶体结构另一种晶体结构同素异晶相变正常导体超导体( 超导相变)液氦:氦I 氦II(超流相变)⏹单元复相系:单元指的是单一物质,复相指的是有两个以上的相。
⏹在冰和水的组成系统中,冰是一个相,水是一个相,共有两个相,冰和水组成的系统就是单元复相系。
⏹酒精可以溶解于水,水和酒精的混合物只是一个相。
⏹纯金属是单元系,合金是多元系。
⏹固体可以有多种不同的相,如金刚石和石墨是碳的两个固相。
冰有七个固相。
⏹单元复相系:单元指的是单一物质,复相指的是有两个以上的相。
⏹在冰和水的组成系统中,冰是一个相,水是一个相,共有两个相,冰和水组成的系统就是单元复相系。
⏹酒精可以溶解于水,水和酒精的混合物只是一个相。
⏹纯金属是单元系,合金是多元系。