单组分体系§ ponent Systems
单组分体系的自由度最多为2,双变量体系的相图可用平面图表示。
单组分体系的相数与自由度
K=1 f =3 –Ф
当Ф=2 二相 f =1 单变量体系
当Ф=1 一相 f =2 双变量体系
当Ф=3 三相 f =0 无变量体系
水的相图Phase Diagram for Water
水的相图是根据实验绘制的。
三个单相区在气、液、固三个单相区内,Ф=1 , f =2,温度和压力独立地有限度地变化不会引起相的改变。
三条两相平衡线Ф=2 , f =1,压力与温度只能改变一个,指定了压力,则温度由体系自定。
OA 是气-液两相平衡线即水的蒸气压曲线。它不能任意延长,终止于临界点。临界点 T=647K,
p=×107Pa,这时气-液界面消失。高于临界温度,不能用加压的方法使气体液化。
OB 是气-固两相平衡线即冰的升华曲线,理论上可延长至0 K附近。
OC 是液-固两相平衡线当C点延长至压力大于时,相图变得复杂,有不同结构的冰生成。
OD 是AO的延长线,是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。因为在相同温度下,过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压,所以OD线在OB线之上。过冷水处于不稳定状态,一旦有凝聚中心出现,就立即全部变成冰。
O点是三相点(triple point),气-液-固三相共存, Ф=3 ,f=0 。三相点的温度和压力由体系自身确定。
K, Pa。
两相平衡线上的相变过程
在两相平衡线上的任何一点都可能有三种情况。如OA线上的P点:
(1)处于f点的纯水,保持温度不变,逐步减小压力,在无限接近于P点前,气相尚未形成,体系自由度为2。用升压或降温的办法保持液相
不变。
(3)继续降压,离开P点时,最后液滴消失,成单一气相,f =2。
(2)到达P点时,气相出现,在气-液两相平衡时,f =1。压力与温度只有一个可变。
三相点与冰点的区别
三相点是物质自身的特性,不能加以改变,如H2O的三相点
冰点是在大气压力下,水、冰二相共存。当大气压力为时,冰点温度为,改变外压,冰点也随之改变。
应用:冷冻干燥
,是由两种因素造成的:
(1)因外压增加,;
(2)因水中溶有空气, 。
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