物质的相变讲课教案.ppt

《物质的相变讲课教案.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、物质的相变一.相变的分类分类方法有很多，主要介绍以下两种：一、按物质相变前后的凝聚状态划分1.固相（Ⅰ）固相（Ⅱ），即某物质在特定温度压力下的晶型转变过程。2.固相液相，即物质在特定的温度压力下的结晶、熔融过程。3.固相气相，即物质的升华和凝聚过程。4.液相气相，即物质的蒸发和凝聚过程。2二、从热力学角度划分根据自由能变化特性：1.一级相变：在相变的临界温度（一相开始变为另一相的温度）自由能的一阶导数不连续的相变。S—L2.二级相变：在临界温度、临界压力时，自由能的一阶导数是连续的，但二阶导数不连续的相变。熔融态—

2、玻璃态3一、相变过程的不平衡状态及亚稳区从热力学平衡的观点看，将物体冷却(或者加热)到相转变温度，则会发生相转变而形成新相，从图2的单元系统T-P相图中可以看到，OX线为气-液相平衡线(界线)；OY线为液-固相平衡线；OZ线为气—固相平衡线。当处于A状态的气相在恒压P’冷却到B点时，达到气-液平衡温度，开始出现液相，直到全部气相转变为液相为止，然后离开B点进入BD段液相区。但是实际上，要冷却到比相变温度更低的某一温度例如C，(气-液)和E(液-固)点时才能发生相变，即凝结出液相或析出固相。这种在理论上应发生相变而实

3、际上不能发生相转变的区域(如图2所示的阴影区)称为亚稳区。在亚稳区内，旧相能以亚稳态存在，而新相还不能生成。图2单元系统相变过程图相亚稳区特点(1)亚稳区具有不平衡状态的特征，是物相在理论上不能稳定存在，而实际上却能稳定存在的区域；(2)在亚稳区内，物系不能自发产生新相，要产生新相，必然要越过亚稳区，这就是过冷却的原因；(3)在亚稳区内虽然不能自发产生新相，但是当有外来杂质存在时，或在外界能量影响下，也有可能在亚稳区内形成新相，此时使亚稳区缩小。72、相变过程推动力相变过程的推动力是相变过程前后自由能的差值。ΔGT

4、.P≤0<0过程自发进行=0过程自发达到平衡8（1）．相变过程的温度条件由热力学可知在等温等压下有ΔG=ΔH-TΔS（1）在平衡条件下ΔG=0则有ΔH-T0ΔS=0（2）(T0相变时的平衡温度)ΔS=ΔH/T0（3）若在任意一温度T的不平衡条件下，则有ΔG=ΔH－TΔS≠0（4）若ΔH与ΔS不随温度而变化，将(3)式代入（4）式得：9从上式可见，相变过程要自发进行，必须有ΔG＜0，则ΔHΔT／T0＜0。讨论：A、若相变过程放热(如凝聚过程、结晶过程等)ΔH<0，要使ΔG<0，必须有ΔT>0，ΔT=T0-T>0，即T

5、0>T，这表明在该过程中系统必须“过冷却”，或者说系统实际相变温度比理论相变温度还要低，才能使相变过程自发进行。10B、若相变过程吸热(如蒸发、熔融等)ΔH>0，要满足ΔG<0这一条件则必须ΔT<0，即T0

6、P0)时，有ΔG=RTlnP0／P(5)要使相变能自发进行，必须ΔG<0，即P>P。，也即要使凝聚相变自发进行，系统的饱和蒸汽压应大于平衡蒸汽压P0。这种过饱和蒸汽压差为凝聚相变过程的推动力。对溶液而言，可以用浓度C代替压力P，(5)式写成ΔG=RTlnco／c(6)若是电解质溶液还要考虑电离度α，即一个摩尔能离解出α个离子(7)co--饱和溶液的浓度c—过饱和溶液的浓度要使相变过程自发进行，必须ΔG<0，即ΔC<0。也即液相要有过饱和浓度，ΔC为凝聚相变过程的推动力。所以，相变要自发进行，系统必须过冷（过热）或过

7、饱和，此时系统的温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差即为相变过程的推动力。14从热力学观点看，每种物质都有各自稳定存在的热力学条件（能量最低状态），高温下物质处于液体或熔体状态，在熔点或液相线以下的温度长时间保温，系统最终都会变为晶体。从相变机理上看，液固相变及绝大多数固固相变按照成核—生长机理进行相变，新相形成包括成核和生长两个过程。动力学上描述液固相变时常以晶核生长速率、晶体生长速率、总的结晶速率等来描述。9.2液—固相变（成核—生长机理15一、基本概念液态熔体结晶时，首先是在液体中出现一些极微小的晶

8、体，然后以它们为核心逐渐长大。这些微小的晶体称为晶核。结晶的过程就是晶核不断形成、长大的过程。晶核形成的方式一般可以分为两类：（1）自发成核也叫均质成核，晶核是在均一的液相内均匀的形成，即由液相中的一些近程有序原子团直接形成。（2）非自发成核：也叫异质成核，晶核在液相中不均一处于择优形成，即依附于杂质或表面形成晶核。16（1）自发成核自发成核机理是建立在液态