第2節(jié) 單元系相圖

    在單元系統(tǒng)中所研究的對(duì)象只有一種純物質(zhì)，組元數(shù)C=1。根據(jù)相律：F=1-P+2=3-P，因?yàn)樽杂蓴?shù)F不能為負(fù)值，所以P≤3。所以在單元系統(tǒng)中平衡共存相的數(shù)目最多不能超過(guò)3個(gè)。另外在一個(gè)系統(tǒng)中相的數(shù)目P不得少于1。若取P=1，則F=2，表明如果把溫度和壓力這兩個(gè)獨(dú)立可變的因素確定下來(lái)，系統(tǒng)的狀態(tài)就可以完全確定。因此，可以用溫度和壓力作坐標(biāo)的平面圖(p-T圖)來(lái)表示系統(tǒng)的相圖。
    1. 水的相圖
    以水的相圖為例（圖8-1）。首先在不同溫度和壓力的條件下測(cè)出水-汽、冰-汽和水-冰兩相平衡時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度和壓力，將每一個(gè)數(shù)據(jù)都標(biāo)到以溫度和壓力為坐標(biāo)軸的直角坐標(biāo)系中，然后將那些具有相同意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來(lái)，就繪制出水的相圖。
       
    2. 相圖分析
     由相圖的繪制方法可知，相圖上的每一個(gè)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)的某一種狀態(tài)，因此這些點(diǎn)通常稱作狀態(tài)點(diǎn)。圖8-1(a)中有3條線。OA是水與冰兩相平衡線，OB是冰與蒸汽兩相平衡線，OC是水與蒸汽兩相平衡線，它們將整個(gè)相圖分為3個(gè)單相區(qū)，即固相區(qū)、液相區(qū)和氣相區(qū)。根據(jù)相律在3個(gè)單相區(qū)內(nèi)，C=1，P=1，F(xiàn)=2。這說(shuō)明在單相區(qū)內(nèi)無(wú)論是溫度還是壓力都可以在一定范圍內(nèi)作任意的變動(dòng)，這些變動(dòng)既不會(huì)有相的生成也不會(huì)有相的消失。在OA、OB和OC 3條曲線上，C=1，P=2，F(xiàn)=1。這說(shuō)明單元系統(tǒng)在兩相平衡時(shí)，溫度和壓力這兩個(gè)變數(shù)只有一個(gè)是獨(dú)立可變的。一個(gè)變數(shù)確定之后，另一個(gè)變數(shù)也就確定了。反映在相圖上，只要一個(gè)變數(shù)（如溫度）確定了，那么另一個(gè)變數(shù)的數(shù)值（壓力）也就完全可由平衡曲線決定了。一旦偏離兩相的平衡曲線，即固定一個(gè)而又改變另一個(gè)，必然會(huì)導(dǎo)致一個(gè)相的消失而進(jìn)入單相區(qū)，這樣兩相平衡也就不復(fù)存在了。O點(diǎn)是氣、液、固三相的平衡共存點(diǎn)，F(xiàn)=0，即在O點(diǎn)溫度和壓力兩個(gè)變數(shù)都是不可隨意變動(dòng)的。無(wú)論是壓力還是溫度只要稍有改變就會(huì)破壞氣、液、固三相的平衡。結(jié)果只能導(dǎo)致其中一個(gè)或兩個(gè)平衡相消失，而進(jìn)入兩相區(qū)或單相區(qū)，三相平衡關(guān)系也就不存在了。
     如果外界保持一個(gè)大氣壓，根據(jù)相律，C=1，P=1，則F=1。系統(tǒng)中只有一個(gè)獨(dú)立可變的變數(shù)。因此單元系相圖可以只用一個(gè)溫度軸來(lái)表示。圖8-1(b)是水在一個(gè)大氣壓下的相圖。熔點(diǎn)T_m和沸點(diǎn)T_b均為兩相共存點(diǎn)，F(xiàn)=0。故，此處溫度不可變動(dòng)，轉(zhuǎn)變是一恒溫過(guò)程（結(jié)晶潛熱正好補(bǔ)償了熱量散失）�？梢�，在外界影響因素的數(shù)目n＝1的情況下，單元系統(tǒng)中平衡相的數(shù)目P不能多于2個(gè)。
    其它物質(zhì)的單元系相圖與水的相圖基本相似，只是各自的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等轉(zhuǎn)變點(diǎn)有所不同。
（本節(jié)完）