二组分温度组成相图单双相区的经验规则

2017-05-12吕申壮乐山师范学院化学学院四川乐山614000

化工管理 2017年12期

关键词：水平线相区乐山

吕申壮（乐山师范学院化学学院，四川乐山 614000）

二组分温度组成相图单双相区的经验规则

吕申壮（乐山师范学院化学学院，四川乐山 614000）

本文对二组分温度-组成相图的单双相区提出了简单的经验规则，该规则简单易懂，根据该判据，可以从相图的特点判断哪些是单相区，哪些是两相区。

相图；单相区；两相区

研究多相系统的状态如何随温度、压力和浓度等变量的改变而发生变化，并用图形来表示系统状态的变化，这种图叫相图，相图的研究有着十分重要的实际意义，在物质的分离和提纯中，如溶解、蒸馏、结晶、萃取、凝结等过程都要用到相图。由于相图十分重要，所有的物理化学教材[1～4]都要讲解相图。对于二组分体系，根据相律，f=C-Φ+2，其最大自由度是3，即温度、压力和组成，有三个变量，完整的相图需要画立体图，而立体图不好画，人们往往固定一个变量。若保持温度不变，得到压力-组成图；若保持压力不变，得到温度-组成图；若保持组成不变，得到温度-压力图。其中最常用的是温度-组成图，在温度-组成图中，一个区域可能是一相，也可能是两相。而初学者对相应相图中哪些是一相区，哪些是两相区不易分清楚，为此，本文提出了简单的经验规则。

1 经验规则的内容

在二组分温度-组成相图中，若有水平线，则水平线是三相线，与三相线以点相邻的是一相区，以线相邻的是两相区；若没有水平线，则最上面的一个区域是单相区（对于具有最低会溶温度的部分互溶的双液系除外），以线与一相区相邻的是两相区，以线与两相区相邻的时一相区，以点与一相区相邻的仍然是一相区。

2 经验规则的部分证明

对于温度-组成相图，由于压力已经固定，若系统有三相存在，根据相律其条件自由度为 f*=C-Φ+1=2-3+1=0，说明系统的温度不能变，因此三相线是水平线，至于水平线是否一定是三相线，这可能只有在理论上存在，如理想液态混合物的气液相图，当p*A=p*B时，气液平衡线变为水平线，此时只有两个单相与水平线相邻，但这种情况在实际的相图中几乎没有。由于条件自由度为0，说明这三相中每一相的组成有确定值，由于一相区的物系点就是相点，即物系点的横坐标就是相的组成，因此一相区只能与三相线以点相邻（因为温度和组成都确定）。至于两相区，当充分接近三相线时，仍然是两相，由于两相的比例不同，体系总的组成可以改变，即物系点可以改变，所以两相区与三相线以线相邻。

3 经验规则的应用举例

3.1 有水平的相图

3.1.1 简单低共熔二元相图

图1 简单低共熔二元相图

如图1所示，CD线是水平线，属于三相线，相区1与水平线以点相邻，属于一相区；2、3、4相区与水平线以线垂直相邻，属于两相区。

3.1.2 形成稳定化合物的二元相图

如图2所示，图中CD线和EF线是水平线，都属于三相线；相区1与CD和EF都是以点相邻，属于一相区；相区2,3,6与CD线以线垂直相邻，属于两相区；相区4,5,7与EF线以线垂直相邻，属于两相区。相区3虽然与EF以点相邻，但是属于水平相邻，相区7与CD的也是水平相邻。

图2 形成稳定化合物的二元相图

3.1.3 形成不稳定化合物的二元相图

如图3所示，图中CD线和EF线是水平线，是三相线；相区1 与CD和EF都是以点相邻，属于一相区；相区2,3,5与CD线以线相邻，属于两相区；相区3,4,6与EF线以线相邻，属于两相区。

图3 形成稳定化合物的二元相图

3.1.4 复杂的相图

图4 复杂二元相图

图5 没有水平线的二元相图

如图4所示，CD、EF、GH是水平线，属于三相线，相区1与CD、EF、GH都是以点相邻，属于一相区；相区8与CD以点垂直相邻，属于一相区；相区2、4、5与GH以线垂直相邻，属于两相区；相区3与EF以线相邻，属于两相区；相区4与GH、EF都是以线垂直相邻，属于两相区；相区6、7、9与CD都是以线垂直相邻，属于两相区。

3.2 没有水平线的相图

没有水平线的相图有如图5所示的三种类型，最上面的相区（即相区1）是一相区，若是气液相图，相区1为气相，若是固液相图，相区1为液相；相区2，2‘与相区1以线相邻，是两相区，若是气液相图，是气液两相区，若是固液相图，是固液两相区；相区3与相区2或2’与线相邻，在后两个相图中与相区1以点相邻，属于一相区，若是气液相图，相区3是液相区，若是固液相图，相区3是固相区。