看相图2 (科普贴)


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送交者: tidan 于 2010-12-27, 13:55:04:

回答: 可乐实验。。。 由 tidan 于 2010-12-27, 13:50:26:

前面介绍了单组分的压力与温度相图(P-T phase diagram)。
http://www.xys.org/forum/db/8/37/185.html
这里介绍一下双组分的温度与组成相图(T-X phase diagram). 食盐和水就是一个双组分的例子。食盐加多了就不溶解,但加热一下就可能让其完全溶解,再冷却食盐又会析出来。加水的食盐能一定程度上防冻。这些都能从双组分的T-X上相图看出来。T-X相图描述的是在压力恒定的条件下,双组分体系随温度(T)与组成百分比(X)的变化而存在的不同状态。
下面是一个最简单的双组分T-X相图。
http://www.substech.com/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?w=&h=&cache=cache&media=eutectic.png
A跟B各代表一种纯物质(按图意,此图可代表金属Sb-Pb或Cd-Bi双组分体系)。横坐标是组成百分比(X),可以是A占总成分的百分比,也可以是B占总成分的百分比。简言之,最左边是纯A,最右边是纯B。离某纯物质越近,其含量越高,反之亦然。纵坐标是温度,越往上温度越高。虽然我们看到两纵轴,但它们的标度其实一样。纯A的纵轴上标明了A的熔点TA,往上走就是液体,往下走就是固体。纯B的纵轴上同样标明了B的熔点TB。我们知道,水中掺杂一点盐啥的就防冻,也就是熔点(凝固点)下降。同样道理,A中掺点B, 熔点也会下降,掺得多降得多。所以曲线TA-E可以理解成(纯的与不纯的)A的熔点曲线。B中掺点A也一样。同理解释TB-E曲线。A与B达成一致,到E点就不再降了。E点叫低共熔点(Eutectic point). TA-E-TB以上是单一的液相溶液(图示L=liquid),在此区A跟B互相溶解的非常好。曲线TA-E跟TE-E包围的区域是双相区。在这个区里,固态的纯A与饱和的A的B溶液(A为溶质,B为溶剂)共存 (图示L+A)。所以,曲线TA-E还可以理解成A在溶剂B里的溶解度曲线。同理解释TB-E曲线。 TE-E线以下是双(固)相区,是固态的纯A与固态低共熔混合物(组成均匀的百分比为CE的固体混合物)共存。

如图,组成百分比为C的体系处于高温液相M点处。如果冷却到M1点,A在B里首先达到饱和,这时A开始析出(也可以理解成A达到熔点TL,开始凝固)。继续降温,体系进入(TA-E跟TE-E包围的)双相区。由于A的析出,溶液中B的含量增大,A的熔点变得更低。譬如,达到MT点时,溶液中A依然饱和,但其组成百分比已是含B更多的Cy,A的熔点是更低的T。简言之,降温的过程中,A不断析出,而溶液的组成沿TA-E变化。溶液到了E点后,若继续降温,残存的A与所有的B将同时凝固,形成单相的固体(组成均一,百分比为CE固态低共熔混合物)。同理,如果M在CE的右边,降温析出来的应该是是固态的纯B与固体低共熔混合物.

如开头所言,从双组分的T-X图,我们显然可以精确的查找溶解度与熔点(凝固点)。除了这些之外,下面举两例子说说其它应用。

冰棍就是一个好例子。冷冻的过程中先出来的是纯冰,给搭个架子。剩下的未冻住的才有味。加糖或其它添加剂多点,未冻住的就多,就酥。 便宜的特硬,据说加的是糖精(溶质浓度低),冻住后就一冰块儿。不管啥冰棍,咬住冰棍使劲吮吸,越吸越没味,一会儿就一冰架子了。

还有一例子就是盐水冻成多孔的冰。
http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/solutions/faq/saltwater-ice-volume.shtml
链子里的相图跟上面的图几乎一样。最左边是纯水,最右边是纯盐。文章所指的盐水的浓度(%NaCl)应该不太高,应该在低共熔点(Eutectic point)的左边。这样冷冻的初始效果是纯冰裹更浓的盐水(盐水的浓度不会超过Eutectic point,也就是说再怎么降温都不可能有纯食盐析出来).由于这种盐水很抗冻,慢慢从冰架子里渗出来,空气便进去填充,于是便形成了多孔的冰(密度0.8-0.9 g/mL)。如果冰箱温度设的较低,渗出来的盐水也会被冻住。




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