研究多相系统的状态如何随温度、压力和浓度等变量的改变而发生变化, 并用图形来表示系统状态的变化, 这种图叫相图, 相图的研究有着十分重要的实际意义, 在物质的分离和提纯中, 如溶解、蒸馏、结晶、萃取、凝结等过程都要用到相图。由于相图十分重要, 所有的物理化学教材[1~4]都要讲解相图。对于二组分体系, 根据相律, f=C-Φ+2, 其最大自由度是3, 即温度、压力和组成, 有三个变量, 完整的相图需要画立体图, 而立体图不好画, 人们往往固定一个变量。若保持温度不变, 得到压力-组成图;若保持压力不变, 得到温度-组成图;若保持组成不变, 得到温度-压力图。其中最常用的是温度-组成图, 在温度-组成图中, 一个区域可能是一相, 也可能是两相。而初学者对相应相图中哪些是一相区, 哪些是两相区不易分清楚, 为此, 本文提出了简单的经验规则。
在二组分温度-组成相图中, 若有水平线, 则水平线是三相线, 与三相线以点相邻的是一相区, 以线相邻的是两相区;若没有水平线, 则最上面的一个区域是单相区 (对于具有最低会溶温度的部分互溶的双液系除外) , 以线与一相区相邻的是两相区, 以线与两相区相邻的时一相区, 以点与一相区相邻的仍然是一相区。
对于温度-组成相图, 由于压力已经固定, 若系统有三相存在, 根据相律其条件自由度为f*=C-Φ+1=2-3+1=0, 说明系统的温度不能变, 因此三相线是水平线, 至于水平线是否一定是三相线, 这可能只有在理论上存在, 如理想液态混合物的气液相图, 当pA*=pB*时, 气液平衡线变为水平线, 此时只有两个单相与水平线相邻, 但这种情况在实际的相图中几乎没有。由于条件自由度为0, 说明这三相中每一相的组成有确定值, 由于一相区的物系点就是相点, 即物系点的横坐标就是相的组成, 因此一相区只能与三相线以点相邻 (因为温度和组成都确定) 。至于两相区, 当充分接近三相线时, 仍然是两相, 由于两相的比例不同, 体系总的组成可以改变, 即物系点可以改变, 所以两相区与三相线以线相邻。
如图1所示, CD线是水平线, 属于三相线, 相区1与水平线以点相邻, 属于一相区;2、3、4相区与水平线以线垂直相邻, 属于两相区。
如图2所示, 图中CD线和EF线是水平线, 都属于三相线;相区1与CD和EF都是以点相邻, 属于一相区;相区2, 3, 6与CD线以线垂直相邻, 属于两相区;相区4, 5, 7与EF线以线垂直相邻, 属于两相区。相区3虽然与EF以点相邻, 但是属于水平相邻, 相区7与CD的也是水平相邻。
如图3所示, 图中CD线和EF线是水平线, 是三相线;相区1与CD和EF都是以点相邻, 属于一相区;相区2, 3, 5与CD线以线相邻, 属于两相区;相区3, 4, 6与EF线以线相邻, 属于两相区。
如图4所示, CD、EF、GH是水平线, 属于三相线, 相区1与CD、EF、GH都是以点相邻, 属于一相区;相区8与CD以点垂直相邻, 属于一相区;相区2、4、5与GH以线垂直相邻, 属于两相区;相区3与EF以线相邻, 属于两相区;相区4与GH、EF都是以线垂直相邻, 属于两相区;相区6、7、9与CD都是以线垂直相邻, 属于两相区。
没有水平线的相图有如图5所示的三种类型, 最上面的相区 (即相区1) 是一相区, 若是气液相图, 相区1为气相, 若是固液相图, 相区1为液相;相区2, 2‘与相区1以线相邻, 是两相区, 若是气液相图, 是气液两相区, 若是固液相图, 是固液两相区;相区3与相区2或2’与线相邻, 在后两个相图中与相区1以点相邻, 属于一相区, 若是气液相图, 相区3是液相区, 若是固液相图, 相区3是固相区。
对于二组分温度组成相图, 根据相图的特点, 提出了判断单双相区的经验规则, 根据此经验规则, 初学者可以轻松地判断相图中的相区属于一相区还是两相区。
摘要：本文对二组分温度-组成相图的单双相区提出了简单的经验规则, 该规则简单易懂, 根据该判据, 可以从相图的特点判断哪些是单相区, 哪些是两相区。
关键词：相图,单相区,两相区
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