相图的作用：
? 预示不同条件下可能出现的各种组态以及条件 改变时, 各种组态可能发生转变的方向和限度；
? 了解体系在不同条件下的相转变及相平衡存在 的状态；
? 为提高已有材料的性能及设计、开发和研制新 材料提供重要依据；
? 预测材料的性能，为制定材料的制备、合成和 加工工艺提供参考依据。
§1 相图中的点、线、面
F ? C? P?n
ⅰ）相
相：指物质系统中具有稳定和相同的
化学组成、晶体结构、聚集状态以及相同 物理、化学性质的 完全均匀 一致的所有部 分的总和。相可以是单质，也可以是由几 种物质组成的均匀液相或化合物。
“完全均匀”是指物质在分子或离子 水平上的均匀混合状态。
特点：不同相之间有明显界面；机械
方法可分开；通过不同相的宏观界面性质 发生突变；与数量多少无关；与是否连续 无关。
无论溶质原子是以何种方式进入晶格，总会 对溶剂晶格造成一定程度的畸变。这种点阵畸变 会使晶体能量升高，即晶格畸变能。
畸变能越高，晶格越不稳定。单位体积畸变 能的大小与溶质原子溶入的数量以及溶质、溶剂 原子的相对尺寸差别有关。
此外，溶解度还与晶体结构类型、电负性和 电子浓度等因素有关。
§3 平衡态与平衡凝固
在没有外界影响的条件下，系统各部分的宏 观性质长时间内不发生变化的状态。没有外界影 响，是指系统与外界之间不通过作功或传热的方 式交换能量，否则系统就不能达到并保持平衡态。
实际中并不存在完全不受外界影响、宏观性 质绝对保持不变的系统，所以平衡态只是一个理 想化的概念，它是在一定条件下对实际情况的抽 象和概括。只要系统状态的变化很小而可以忽略， 就可以近似看成平衡态。
? 从一种结构转变为另一种结构； ? 化学成分的不连续变化； ? 更深层次序结构的变化并引起物理性质的突变。
实际材料中发生的相转变形式可以是上述形式中 的一种，也可以是它们之间的复合，如脱溶沉淀往 往是结构和成分变化同时发生。
ⅱ）（独立）组元
系统中能单独分离出来并能独立存在的化学 均匀物质称为组元。而决定一个相平衡系统的 成分所必需的能独立存在和独立变化的最少物 质（元素或化合物），则称为独立组元。
? 相平衡三要素：
力学平衡 热平衡 化学平衡
?T ? 0
合力为零 任一组元在各相 中的 ? 相等
2. 四个普适定律（理）：
相律: 对于一个达到相平衡的系统而言，定有：
F ? C? P?n
杠杆定理: 计算两相区内平衡存在的两个相的相 对质量。
相平衡定律: 体系中各相的数量并不影响这些相 的平衡组成和性质。
亚稳相位于其他两条平衡相线之间，而不是任意的。
（曲率原则）
? 三相区的形状是一条水平线，其上三点是平衡相的 成分点。
? 若两个三相区中有2个相同的相，则两条水平线之 间必是由这两相组成的两相区。
§2 相平衡及相律
1. 相平衡与三要素பைடு நூலகம்
? 相平衡：
在一定条件下，多相系统中各相的种类、 数目、性质和分布均不再随时间而改变。相平 衡属于一种动态的平衡，是有条件的、暂时的 和相对的。
质量作用定律: 单位时间从相（1）转化到相（2） 的分子数应当与该组分在相（1）中的有效浓度 成正比；反向转化的分子数应当与它在相（ 2） 中的有效浓度成正比。
3. Gibbs 相律：
在平衡系统中，由于受到平衡条件的 制约，使得系统的自由度数（ F ）和独 立组元数（ C ）、相数（ P ）以及对系 统平衡状态能够产生影响的外界因素数 （ n ）之间存在一定关系，这一关系即 是相律。
点：表示平衡相中某相的温度与成分，亦称相点
同成分点、临界点、共晶点、包晶点
线：相转变时温度与平衡相成分的关系
固相线、液相线、固溶度线、汇溶线、水平反应线
面：相型相同的一种状态区域
单相区、两相区、三相区
二元系相图中的几何规律 ? 在二元系相图中，除点接触外相邻相区的相数差永
远是“1”。（相区接触法则） ? 在三相点处的相线曲率，必须使其延长线所表示的
? 一个相中可以包含几种物质（组元） ? 一种物质可以形成几个相
通常将具有 n 个独立组元的系统称为 n 元 系统。只有在特定条件下，独立组元和组元的 含义才相同。即
? 系统中不存在化学反应 ? 同一相内不存在浓度制约关系
ⅲ）自由度（数）
在不引起旧相消失和新相产生的前提下， 可以在一定范围内独立改变的 ( 如相数、相 态、组成、温度和压力等) 的最大数目称为相 平衡体系在指定相态下的自由度数。
固溶体
以某一组元为溶剂，其他组元为溶质，所形成的 与溶剂有相同晶体结构、晶格常数稍有变化的均匀 单相晶体材料。固溶体成分可在一定范围内存在变 化，性能可随成分的变化而连续变化。
根据固溶体的结构特点，可分为不同的类型，如： 臵换固溶体与间隙固溶体 有限固溶体与无限固溶体 有序固溶体与无序固溶体
臵换固溶体中溶质与溶剂可以有限固溶也可 以无限固溶，其溶解度与尺寸等因素有关。
第三章 相图与相平衡
主要知识点:
? 相图中的点、线、面 ? 相、相平衡与相律 ? 固溶体与平衡凝固 ? 相图在晶体生长中的应用
相图是描述多相平衡体系中相的存在 状态和变化规律与成分、温度及压力等之 间关系的一种热力学图示。相图是将晶体 生长与热力学联系起来的媒介，具有直观 性和整体性的优点。
它的重要意义就在于推动了化学热力 学及整个物理化学的发展，也成为相关领 域诸如冶金学和地质学等的重要理论工具。
自由度只取零或零以上的正值，不能取负 值，如出现负值，则说明体系可能处于非平 衡状态。
注意：
? 相律推导的条件是平衡状态，故相律是
各种相平衡体系都必须遵守的规律； ? 相律是热力学推论，有普适性和局限性； ? 相律只表示体系中组分和相的数目，不
能指明组分和相的类型、结构、含量以 及之间的函数关系等 ； ? 自由度的值不得小于零； ? 不能预告反应动力学（即反应速度） 。
分界面：
? 不同的相之间必然有界面将其截然分开，但有 界面分开的就一定是两个不同的相吗？ （相界 与晶界）
? 相同的组成成分，可以形成不同的物质形态。 （同素异形体 ）
水晶（单晶） 石英（多晶） 玻璃（非晶）
相变：
在外界条件发生变化时，物相状态将于某一特定 的条件（临界值）时发生突变，其表现为：