相图应该是材料里面最基本的, 最基本的概念之一。
当然这个我们所说的相图,
大概有几类,一类是我们常见的就是我们现在教材中所讲的,
物相,物相或者物态,与温度和压强之间的关系,
通常是个二维的相图,然后另外呢有时候也会跟组成有关,
跟组成有关,比如说合金的相图。合金的相图因为你不只有一个组分,有多个组分,
那么有时候可以化成方的,有时候可以化成三角的,有时候可以化成立体的,都可以。
那么,这个相图可以变得很复杂,那么比如说钢铁的相图。
钢铁的相图你不要以为钢铁里只有铁,
钢铁里实际上最常见还有碳,是吧,还有碳,有时还有其他合金,不锈钢你试试,
中学学过吧,不锈钢,铁铬镍,是吧,铁铬镍,
百分之十五以上的铬,和百分之几以上的镍,是吧,百分之七吧,
百分之七以上的镍,那么这才叫不锈钢,那么实际上在不同的相里面它有不同的性质。
那么这是相图,那么当然这里是一个最简单的相图,
气液固三相相图,但是实际上比这更复杂的相图有的是。
那么,比方说我们通常,当然在这个阶段我们讲的仍然是气液固最简单的相图,
但实际上比相图,比这个更复杂的包括这个
固固相变。我们前面提过超导的,非超导相变等等等等。
那么,包括这个铁电到反铁电,铁磁到反铁磁相变, 这些都是最,最困难的相变。
那么然后我们就说这几个,这几个,那么相图里最基本的几个要素是什么呢?
首先三个区间。三个,
这三根线画的三个区间,气态,黄色是气态,蓝色是液态,
这个灰色是固态,三个区间,然后三根线,三根线
一根是气液线,这根,气液线;一根是固液线,
这根是气固线,气固线,三根线, 每根上都是两相共存。
那么每个区间呢,都是一相独存体系。
然后呢,两个点,这个点叫三相点,是三相共存的点。 然后另外还有个临界点。
临界点,临界点就是在这个临界温度以上,气体和液体就不再区分了,
气体和液体就不再区分了,那应该说就是都是气体了,可以认为都是气体了。
那么这就是相图,我们这里这个简单相图所代表的基本含义。
另外一个临界点以上,这个点以上是没有线的,
所以这根线是有终点,就是临界点,其他线可以往下走。
但注意,这根线并不表明这根线是永远这么斜率下去的,
因为在高压情况下可能会有新的相产生,固固,新的固体相产生,
是吧,那么比方说冰, 冰的体系上面实际上有,冰有十五种,目前已知十五种,
那么最新的第十五种冰大概两年,几年前发现的,我忘了哪年,08, 09?
几年前发现的,那么发表在PRL上 很厉害是吧,PRL上,那么
是在高压下发现的,应该说不是在实验室发现的,是在电脑里发现的。
那压强太大了,做不出来,它是在电脑里模拟出来的,
模拟出来,十五种冰,那么那个冰呢,是在,很高,这个纵轴边是压强嘛,是吧,很高的位置
因为这根线可能是左右拐的,左右拐的,不同的相,不同的相。
那么这是关于相图,然后水和二氧化碳相图的比较。
那么水的相图是往左斜的,这固液线,其他两根线差不多。 那么二氧化碳的线是往右斜的。
一个向左斜,一个往右斜,主要原因,是由于冰的密度比水小。
就冰的固体,水的固体密度,
低于它的液体密度,因此它会往左斜
因此,当你,怎么说呢,当你温度恒定,比如零下几度的时候,当你温度恒定往上加压的时候,
那么是冰变成水,而不是水变成冰,而不是水变成冰。
那么反过来呢,如果是二氧化碳,比如说在零上几度,零上几度当你加压的时候,
它会把液体二氧化碳压成固体二氧化碳,是吧,勒沙特列原理,平衡移动原理,
是吧,那么因此呢这条线的倾斜方向决定了谁的密度更大
或者说谁的密度更大决定了这个倾斜方向,是吧,一个道理,
一个道理,这是水和二氧化碳的变化比较。
完了,三个要点,那么如果加上这里有,沸点阿,这里加上个沸点
就一个大气压下的气液,气液线上的一点是 水的沸点,水的沸点。
那么另外要说明的一点是,在相图里是个纯相体系
比如说这里只有水,无论是气液固,它都是纯水,
没有任何其他物质,因此它的凝固
点是三相点,而不是我们常说的冰点。
冰点是零度,是吧,冰点是零度,而三相点不是零度,准确地说,是0.0098度
与这个温度平衡的压强是4.58, 是蒸汽压 。 这是4.58毫米汞柱,
是蒸汽压 那么这是纯水体系,为什么三相点不同于冰点呢?
是因为冰点是,被空气饱和的水的体系。
它是开放体系,它是实际体系,不是,这是理想体系,
这是理想体系,那么在它的水的上方,没有任何其他气体
只有水蒸气本身,那么这是个封闭的水的体系,
那么没有任何其他杂质,有杂质的叫冰点,叫冰点,这是二者之间的差别。
然后某些问题实际上刚才刚回答,刚回答。
这个两个问题,一个是三相点跟冰点有何差别,在 化院那本教材上,明确写着
就是冰点是在大气环境下被空气饱和了,空气饱和了的水的凝固点,
那么然后三相点是纯水体系,理想体系下水的凝固点, 两个是不一样的,两个是不一样的,
然后倾斜方向是受密度的影响,两种固体的密度的影响,
跟液体比谁高谁低,决定了这个倾斜的方向。