材料热力学-第八章.pptx

二组元热力学(2)任课教师:刘伟材料科学与工程系第八章12理想溶体模型规则溶体模型溶体的性质亚规则溶体模型化学势与活度两相平衡(含固-液平衡)溶解度曲线与固-固平衡例如:描述摩尔自由能时,经常采用化学势与活度等偏摩尔热力学函数。化学势与活度体系的状态函数中V,U,H,S,G等是广度性质,与物质的量有关。设由物质i组成的单组元体系的摩尔数为ni,各摩尔热力学函数可表达为摩尔体积(molarvolume)摩尔自由能(molarfreeenergy)摩尔熵(molarentropy)摩尔焓(molarenthalpy)摩尔热力学函数属强度性质当描述二组元及多组元溶体时,会考虑某组元浓度变化对自由能的影响,确定某组元浓度变化时自由能的变化趋势,因此引出了偏摩尔量的概念。称为化学势(偏摩尔自由能)等温等压下对于某溶体(多组元相)的自由能G化学势-偏摩尔自由能(指某溶体中某组元的化学势,如:、、)对于纯组元或者固定组成的溶体Gibbs提出的概念5定义及其物理意义溶体摩尔自由能的微小变化量=各组元化学势与其摩尔分数变化量的乘积之和。化学势:保持温度、压力和除i以外的其它组元不变,体系的Gibbs自由能随ni的变化率。化学势就是偏摩尔Gibbs自由能。Example:一炉10t(105mol)钢水(Fe-C)加入1mol(12g)碳,引起自由能的变化等温等压下化学势反映了某一组元从某一相中逸出的能力。某一组元在某一相中化学势越高,它从这一相迁移到另一相中的倾向越大。化学势在判断相变和化学变化的方向和限度方面有重要作用。物理意义二元系1mol溶体的自由能Gm化学势(μi)与摩尔自由能(Gm)的关系微分Gibbs-Duhem公式7溶体中i组元化学势的通式为:*化学势能(i)与溶体的摩尔自由能(Gm)的关系极其重要化学势与Gm-X图化学势的确定:在摩尔自由能曲线(Gm-X图)上,过成分点的切线与两纵轴的交点为两个组元A和B的化学势A和B根据Gm-X曲线可求出对应一定成分的两个组元的化学势既然此二式描述了自由能和化学势的关系,一定会体现在Gm-X图上。Gm-po-Temp-Phases)TTT曲线(Temp,Time,T曲线(ContinsCoolingTrans)摩尔自由能图(Gm-X图)是分析材料热力学和动力学问题的重要手段。Gm-X图包含着丰富的热力学信息,它和相图,T曲线构成分析理解材料学问题的重要工具。10规则溶体的化学势描述规则溶体模型由于纯组元的摩尔自由能的绝对值未知,一般研究化学势和纯组元摩尔自由能的差值。化学势的具体表达式因溶体模型而异:理想溶体化学势中没有与IAB有关的过剩项;规则和亚规则溶体中有与IAB有关的过剩项。