理论教育 相平衡中的杠杆规则:质量守恒的数学表达

相平衡中的杠杆规则:质量守恒的数学表达

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据质量守恒原理,1相和2相中B的质量之和等于整个系统中B的质量,故式和式中,消去m,经整理得式和式中,消去m,经整理得由图8.16可知,AN-AC=CN=DM,AF-AN=NF=ME,故式可改写为由图8.16可知,AN-AC=CN=DM,AF-AN=NF=ME,故式可改写为或写为或写为式与物理学上的杠杆平衡条件“动力×动力臂=阻力×阻力臂”相似,因此式和式被称为相平衡中的杠杆规则。式与物理学上的杠杆平衡条件“动力×动力臂=阻力×阻力臂”相似,因此式和式被称为相平衡中的杠杆规则。

相平衡中的杠杆规则:质量守恒的数学表达

杠杆规则是分析二元、三元相图的一个重要规则。我们可利用该规则计算系统在一定条件下平衡相间的数量关系。

图8.16 杠杆规则的推导示意图

设系统的组成在N点(图8.16)。将该系统升温,如前文所述,因组成不变,系统状态点始终在NM或NM的延长线上。当系统的温度升至T1时,设系统分为两相(如液相和固相),其中1相的状态点在D点,2相的状态点在E点(但整个系统的组成仍是M或N点对应的组成)。设系统的总质量为m,1相的质量为m1、2相的质量为m2,则

对B的质量分数而言,1相中B的质量分数为AC/AB;2相中B的质量分数为AF/AB。就整个系统来说,B的质量分数为AN/AB。根据质量守恒原理,1相和2相中B的质量之和等于整个系统中B的质量,故

式(8-10)和式(8-11)中,消去m,经整理得(www.daowen.com)

由图8.16可知,AN-AC=CN=DM,AF-AN=NF=ME,故式(8-12)可改写为

或写为

式(8-13)与物理学上的杠杆平衡条件“动力×动力臂=阻力×阻力臂”相似,因此式(8-13)和式(8-14)被称为相平衡中的杠杆规则。“支点”为系统组成线上的某点,如T1时,M为支点。

相平衡中的杠杆规则还可表述为当系统处于两相平衡时,可根据系统及两相状态点在相图上的位置,确定平衡两相的数量比。此时,两相平衡共存,两相物质的质量(或物质的量)与两相状态点到系统状态点的距离成反比。也即系统达到相平衡时,某相的状态点离系统状态点越近,则其物质的质量(或物质的量)越大。关于此规则的应用,我们将在后续章节做进一步介绍。下面我们介绍几种常见的二元相图。

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