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相(其他释义)

相就是系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分,相与相之间存在明显的相界面,在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。系统内相的数目为相数,当有不同固体时,有几种固体就有几个相;而当有不同气体时,因气体能完全混合,故只对应一个相。均相系统中只有一个相;多相系统中若由若干个相平衡共存,也称为非均相系统。

在物理学中相是指一个宏观物理系统所具有的一组状态,也通称为物态。处于一个相中的物质拥有单纯的化学组成和物理特性(如密度、晶体结构、折射率等)。最常见的物质状态有固态、液态和气态,俗称“物质三态”。少见一些的物质状态包括等离子态、夸克-胶子等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态、酯膜结构、奇异物质、液晶、超液体、超固体、和磁性物质中的顺磁性、逆磁性等等。

系统中相的总数目称为相数,根据相数不同,可以将系统分为单相系统和多相系统。 [1]

根据系统中物质存在的形态和分布不同,将系统分为相(phase)。相是指在没有外力作用下,物理、化学性质完全相同、成分相同的均匀物质的聚集态。所谓均匀是指其分散度达到分子或离子大小的数量级(分散粒子直径小于10-9m)。相与相之间有明确的物理界面,超过此界面,一定有某宏观性质(如密度,组成等)发生突变。物质在压强、温度等外界条件不变的情况下,从一个相转变为另一个相的过程称为相变。相变过程也就是物质结构发生突然变化的过程。

通常任何气体均能无限混合,所以系统内无论含有多少种气体都是一个相,称为气相。均匀的溶液也是一个相,称为液相。浮在水面上的冰不论是2 kg还是1 kg ,不论是一大块还是一小块,都是同一个相,称为固相。相的存在和物质的量的多少无关,可以连续存在,也可以不连续存在。

系统内相的数目为相数,用P表示∶

气体:一般是一个相,如空气组分复杂。

液体:视其混溶程度而定,可有1、2、3…个相。

固体:一般有几种物质就有几个相,如水泥生料。但如果是固溶体时为一个相。

固溶体:固态合金中,在一种元素的晶格结构中包含有其它元素的合金相称为固溶体。在固溶体晶格上各组分的化学质点随机分布均匀,其物理性质和化学性质符合相均匀性的要求,因而几个物质间形成的固溶体是一个相。

系统中物理状态、物理性质和化学性质完全均匀的部分称为一个相(phase)。系统里的气体,无论是纯气体还是混合气体,总是一个相。若系统里只有一种液体,无论这种液体是纯物质还是(真)溶液,也总是一个相。若系统中有两种液体,如乙醚与水,中间以液-液界面隔开,为两相系统,考虑到乙醚里溶有少量水,水里也溶有少量乙醚,同样只有两相。同样,不相溶的油和水在一起是两相系统,激烈振荡后油和水形成乳浊液,也仍然是两相(一相叫连续相,另一相叫分散相)。不同固体的混合物,是多相系统,如花岗石(由石英、云母、长石等矿物组成),又如无色透明的金刚石中有少量的黑色的金刚石,都是多相系统。相和组分不是一个概念,例如,同时存在水蒸气、液态的水和冰的系统是三相系统,尽管这个系统里只有一个组分水。一般而言,相与相之间存在着光学界面,光由一相进入另一相会发生反射和折射,光在不同的相里行进的速度不同。混合气体或溶液是分子水平的混合物,分子(离子也一样)之间是不存在光学界面的,因而是单相的。不同相的界面不一定都一目了然。更确切地说,相是系统里物理性质完全均匀的部分。

在体系内部物理和化学性质完全均匀的一部分。相与相之间在指定条件下有明显界面,在界面上,从宏观角度看性质的改变是突越式的。

相律作为物理化学中最具有代表性的规律之一,是吉布斯根据热力学原理得出的,它用于确定相平衡系统中能够独立改变的变量个数。相和相数、自由度和自由度系数是用来推导相律的基本概念。

自由度是指维持系统相数不变情况下,可以独立改变的变量(如温度、压力、组成等),其个数为自由度数,用F表示。如纯水在气、液两相平衡共存时,若改变温度同时要维持气液两相共存,则系统的压力必须等于该温度下的饱和蒸汽压而不能任意选择,否则会有一个相消失。同样,若改变压力,温度也不能任意选择。即水与水蒸气两相平衡系统中,能独立改变得变量只有一个,即自由度数F=1。又如任意组成的二组分盐水溶液与水蒸气两相平衡系统,可以改变的变量有三个:温度、压力(水蒸气压力)和盐水溶液的组成。但水蒸气压力是温度和溶液组成的函数,故这个系统的自由度数F=2。若盐是过量的,系统中为固体盐、盐的饱和水溶液与水蒸气三相平衡。当温度一定时,盐的溶解度一定,因而水蒸气压力也一定,能够独立改变的变量只有一个,故系统的自由度数F=1。

要确定一个相平衡系统的自由度数,对于简单的系统可凭经验加以判断,但对复杂系统,如多相、多组分相平衡系统,则需要借助相律加以确定。

相律的主要目的是确定系统的自由度数,即独立变量个数,其基本思路为:

自由度数=总变量数-非独立变量数

任何一个非独立变量,它总可以通过一个与独立变量关联的方程式来表示,具有多少非独立变量,一定对应多少关联变量的方程式,故有:

自由度数=总变量数-方程式数

总变量数包括温度、压力及组成。方程式数:系统中P个相就有P个关联组成的方程。

化学化工生产中对产品进行分离、提纯时离不开蒸馏、结晶、萃取等各种单元操作,而这些单元操作过程中的理论基础就是相平衡原理。此外在冶金、材料、采矿、地质等行业过程中,也需要相平衡的知识。

相平衡研究的一项主要内容是表达一个相平衡系统的状态如何随其组成、温度、压力等变量而变化,而要描述这种相平衡系统状态的变化,主要有两种方法:一是从热力学的基本原理、公式出发,推导系统的温度、压力与各相组成间的关系,并用数学公式予以表示,如克拉佩龙方程、拉乌尔定律等;另一种方法是用图形表示相平衡系统温度、压力、组成间的关系,这种图形称为相图。

相平衡(phase equilibrium) 在一定的条件下,当一个多相系统中各相的性质和数量均不随时间变化时,称此系统处于相平衡。此时从宏观上看,没有物质由一相向另一相的净迁移,但从微观上看,不同相间分子转移并未停止,只是两个方向的迁移速率相同而已。

相平衡条件:相平衡时任一物质在各相中的化学势相等。 [2]


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