二組分溫度組成相圖單雙相區的經驗規則

呂申壯（樂山師范學院 化學學院，四川 樂山 614000）

二組分溫度組成相圖單雙相區的經驗規則

呂申壯（樂山師范學院 化學學院，四川 樂山 614000）

本文對二組分溫度-組成相圖的單雙相區提出了簡單的經驗規則，該規則簡單易懂，根據該判據，可以從相圖的特點判斷哪些是單相區，哪些是兩相區。

相圖；單相區；兩相區

研究多相系統的狀態如何隨溫度、壓力和濃度等變量的改變而發生變化，并用圖形來表示系統狀態的變化，這種圖叫相圖，相圖的研究有著十分重要的實際意義，在物質的分離和提純中，如溶解、蒸餾、結晶、萃取、凝結等過程都要用到相圖。由于相圖十分重要，所有的物理化學教材[1～4]都要講解相圖。對于二組分體系，根據相律，f=C-Φ+2，其最大自由度是3，即溫度、壓力和組成，有三個變量，完整的相圖需要畫立體圖，而立體圖不好畫，人們往往固定一個變量。若保持溫度不變，得到壓力-組成圖；若保持壓力不變，得到溫度-組成圖；若保持組成不變，得到溫度-壓力圖。其中最常用的是溫度-組成圖，在溫度-組成圖中，一個區域可能是一相，也可能是兩相。而初學者對相應相圖中哪些是一相區，哪些是兩相區不易分清楚，為此，本文提出了簡單的經驗規則。

1 經驗規則的內容

在二組分溫度-組成相圖中，若有水平線，則水平線是三相線，與三相線以點相鄰的是一相區，以線相鄰的是兩相區；若沒有水平線，則最上面的一個區域是單相區（對于具有最低會溶溫度的部分互溶的雙液系除外），以線與一相區相鄰的是兩相區，以線與兩相區相鄰的時一相區，以點與一相區相鄰的仍然是一相區。

2 經驗規則的部分證明

對于溫度-組成相圖，由于壓力已經固定，若系統有三相存在，根據相律其條件自由度為 f*=C-Φ+1=2-3+1=0，說明系統的溫度不能變，因此三相線是水平線，至于水平線是否一定是三相線，這可能只有在理論上存在，如理想液態混合物的氣液相圖，當p*A=p*B時，氣液平衡線變為水平線，此時只有兩個單相與水平線相鄰，但這種情況在實際的相圖中幾乎沒有。由于條件自由度為0，說明這三相中每一相的組成有確定值，由于一相區的物系點就是相點，即物系點的橫坐標就是相的組成，因此一相區只能與三相線以點相鄰（因為溫度和組成都確定）。至于兩相區，當充分接近三相線時，仍然是兩相，由于兩相的比例不同，體系總的組成可以改變，即物系點可以改變，所以兩相區與三相線以線相鄰。

3 經驗規則的應用舉例

3.1 有水平的相圖

3.1.1 簡單低共熔二元相圖

圖1 簡單低共熔二元相圖

如圖1所示，CD線是水平線，屬于三相線，相區1與水平線以點相鄰，屬于一相區；2、3、4相區與水平線以線垂直相鄰，屬于兩相區。

3.1.2 形成穩定化合物的二元相圖

如圖2所示，圖中CD線和EF線是水平線，都屬于三相線；相區1與CD和EF都是以點相鄰，屬于一相區；相區2,3,6與CD線以線垂直相鄰，屬于兩相區；相區4,5,7與EF線以線垂直相鄰，屬于兩相區。相區3雖然與EF以點相鄰，但是屬于水平相鄰，相區7與CD的也是水平相鄰。

圖2 形成穩定化合物的二元相圖

3.1.3 形成不穩定化合物的二元相圖

如圖3所示，圖中CD線和EF線是水平線，是三相線；相區1 與CD和EF都是以點相鄰，屬于一相區；相區2,3,5與CD線以線相鄰，屬于兩相區；相區3,4,6與EF線以線相鄰，屬于兩相區。

圖3 形成穩定化合物的二元相圖

3.1.4 復雜的相圖

圖4 復雜二元相圖

圖5 沒有水平線的二元相圖

如圖4所示，CD、EF、GH是水平線，屬于三相線，相區1與CD、EF、GH都是以點相鄰，屬于一相區；相區8與CD以點垂直相鄰，屬于一相區；相區2、4、5與GH以線垂直相鄰，屬于兩相區；相區3與EF以線相鄰，屬于兩相區；相區4與GH、EF都是以線垂直相鄰，屬于兩相區；相區6、7、9與CD都是以線垂直相鄰，屬于兩相區。

3.2 沒有水平線的相圖

沒有水平線的相圖有如圖5所示的三種類型，最上面的相區（即相區1）是一相區，若是氣液相圖，相區1為氣相，若是固液相圖，相區1為液相；相區2，2‘與相區1以線相鄰，是兩相區，若是氣液相圖，是氣液兩相區，若是固液相圖，是固液兩相區；相區3與相區2或2’與線相鄰，在后兩個相圖中與相區1以點相鄰，屬于一相區，若是氣液相圖，相區3是液相區，若是固液相圖，相區3是固相區。

4 結語

對于二組分溫度組成相圖，根據相圖的特點，提出了判斷單雙相區的經驗規則，根據此經驗規則，初學者可以輕松地判斷相圖中的相區屬于一相區還是兩相區。

[1]傅獻彩，沈文霞，姚天揚，侯文華.物理化學[M].北京：高等教育出版社，2009:272-225.

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[3]傅玉普，王新平.物理化學簡明教程[M].大連：大連理工大學出版社，2007:123-155.

[4]朱傳征，褚瑩，許海涵.物理化學[M].北京：科學出版社，

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呂申壯（1964-），男（漢族），四川樂山人，教授，博士，主要從事理論化學。