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非平衡態(tài)相變熱力學(上冊) 版權信息
- ISBN：9787030713872
- 條形碼：9787030713872 ; 978-7-03-071387-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
非平衡態(tài)相變熱力學(上冊) 本書特色
物理、化學、材料、化工、冶金、地質、礦物加工等學科的本科生、研究生、教師、科學工作者。
非平衡態(tài)相變熱力學(上冊) 內容簡介
本書是關于非平衡態(tài)相變熱力學的專著。本書構建了非平衡態(tài)相變熱力學的理論體系，系統(tǒng)闡述了非平衡態(tài)相變熱力學的基礎理論和基本知識。 內容包括單元系和多元系的蒸發(fā)、冷凝、升華、凝結、溶解、析出、結晶、熔化，以及各種相變形核等。本書給出了單元系和多元系非平衡態(tài)相變過程的吉布斯自由能變化、焓變、熵變的公式和相變速率的公式；給出了各種相變形核過程的吉布斯自由能變化、焓變、熵變的公式和形核速率的公式；給出了多元系相變過程的耦合等。 本書可供冶金、材料、化工、地質、物理、化學等專業(yè)的本科生、研究生、教師和相關領域的科技人員學習和參考。
非平衡態(tài)相變熱力學(上冊) 目錄
目錄
(上冊)
前言
第1章 液體蒸發(fā) 1
1.1 純液體蒸發(fā) 1
1.1.1 蒸發(fā)過程的熱力學 1
1.1.2 蒸發(fā)過程的速率 2
1.2 溶液蒸發(fā) 3
1.2.1 單一組元溶液蒸發(fā) 3
1.2.2 多個組元同時蒸發(fā) 7
1.3 純液體形成氣泡核 11
1.3.1 形成氣泡核的阻力 12
1.3.2 形成氣泡核的摩爾吉布斯自由能變化 12
1.3.3 氣泡核和氣泡長大 13
1.3.4 氣泡核形成速率 14
1.4 多元溶液形成氣泡核 15
1.4.1 溶液中一個組元形成氣泡核 15
1.4.2 溶液中多個組元共同形成氣泡核 16
第2章 氣體冷凝 21
2.1 純氣體冷凝 21
2.1.1 冷凝過程的熱力學 21
2.1.2 冷凝過程的速率 22
2.2 多組元氣體冷凝 23
2.2.1 一種氣體冷凝 23
2.2.2 多種氣體同時冷凝 27
2.3 純氣體冷凝形成液滴核 31
2.3.1 氣體冷凝形成液滴核的熱力學 31
2.3.2 氣體冷凝形成液滴核的速率 31
2.4 混合氣體冷凝形成液滴核 32
2.4.1 混合氣體中一種氣體冷凝形成液滴核 32
2.4.2 多種氣體同時冷凝形成液滴核 34
第3章 固體升華 39
3.1 純固體升華 39
3.1.1 升華過程的熱力學 39
3.1.2 升華速率 40
3.2 多元固溶體的升華 41
3.2.1 一個組元升華 41
3.2.2 多個組元同時升華 45
第4章 氣體凝結成固體 50
4.1 單純氣體凝結 50
4.1.1 凝結過程的熱力學 50
4.1.2 凝結速率 51
4.2 多元氣體凝結成固體 52
4.2.1 一種氣體凝結 52
4.2.2 多種氣體同時凝結成一種固溶體 56
4.2.3 多種氣體凝結成多種純物質固體 60
4.3 單純氣體凝結成晶核 62
4.3.1 單純氣體凝結成晶核的熱力學 62
4.3.2 單純氣體凝結成晶核的速率 64
4.4 多元氣體凝結成晶核 65
4.4.1 多元氣體中只有一種凝結成晶核 65
4.4.2 多種氣體凝結成多種純物質晶核 67
4.4.3 多種氣體凝結成一種固溶體晶核 69
第5章 溶解 73
5.1 氣體溶解于液體——溶解后氣體分子不分解 73
5.1.1 一種純氣體溶解 73
5.1.2 混合氣體溶解 77
5.2 氣體溶解于液體——溶解后氣體分子分解 86
5.2.1 一種純氣體溶解 86
5.2.2 混合氣體溶解 89
5.3 液體在液體中溶解 93
5.3.1 一種純液體溶解 93
5.3.2 溶液中一個組元溶解 95
5.3.3 溶液中多個組元同時溶解 99
5.4 固體在液體中溶解 102
5.4.1 純固體物質溶解 102
5.4.2 固溶體中一個組元溶解 105
5.4.3 多種純固態(tài)物質同時溶解 107
5.4.4 固溶體中n個組元同時溶解 108
5.5 氣體溶解于固體——溶解后氣體分子不分解 110
5.5.1 一種純氣體溶解 110
5.5.2 混合氣體中一種氣體溶解 113
5.5.3 混合氣體中多種氣體同時溶解 114
5.6 氣體溶解于固體——溶解后氣體分子分解 115
5.6.1 一種純氣體溶解 115
5.6.2 混合氣體中一種氣體溶解 117
5.6.3 混合氣體中多種氣體同時溶解 118
5.7 液體在固體中溶解 120
5.7.1 一種純液體溶解 120
5.7.2 溶液中一個組元溶解 123
5.7.3 溶液中多個組元同時溶解 125
5.8 固體溶解于固體 126
5.8.1 一個純固體溶解 126
5.8.2 固溶體中一個組元溶解 128
5.8.3 固溶體中多個組元同時溶解 130
第6章 析出 132
6.1 氣體從液體中析出——析出前后氣體分子組成不變 132
6.1.1 一種氣體從溶液中析出 132
6.1.2 多種氣體同時從溶液中析出 136
6.2 氣體從液體中析出——析出前后氣體分子組成不同 139
6.2.1 一種氣體從溶液中析出 139
6.2.2 多種氣體同時從溶液中析出 141
6.3 氣體從固體中析出——析出前后氣體分子組成不變 143
6.3.1 一種氣體從固體中析出 144
6.3.2 多種氣體同時從固體中析出 146
6.4 氣體從固體中析出——析出前后氣體分子組成不同 149
6.4.1 一種氣體從固體中析出 149
6.4.2 多種氣體同時從固體中析出 151
6.5 液體從溶液中析出 153
6.5.1 一種液體從溶液中析出 153
6.5.2 多元液體從溶液中析出 155
6.5.3 溶質組元從一個溶劑中析出進入另一個溶劑 157
6.5.4 液相分層 158
6.6 液體從固體中析出 164
6.6.1 一種液體從固體中析出 165
6.6.2 多元液體同時從固體中析出 166
6.7 固體從液體中析出——溶液結晶 169
6.7.1 單一組元結晶 169
6.7.2 多組元同時結晶 170
6.7.3 從多組元溶液中析出一種固溶體晶體 172
6.8 固體從固體中析出 174
6.8.1 一種固體組元從固溶體中析出 174
6.8.2 另一種固溶體從固溶體中析出 175
6.8.3 固相分層 178
6.9 在氣體過飽和的液體中形成氣泡核——析出前后氣體分子組成不變 184
6.9.1 形成一種氣體氣泡核 184
6.9.2 形成多種氣體氣泡核 190
6.10 在氣體過飽和的固體中形成氣泡核——析出前后氣體分子組成不變 195
6.10.1 形成一種氣體氣泡核 195
6.10.2 形成多種氣體氣泡核 199
6.11 在氣體過飽和液體中形成氣泡核——析出前后氣體分子組成變化 203
6.11.1 形成一種氣體的氣泡核 203
6.11.2 形成多種氣體的氣泡核 207
6.12 在氣體過飽和的固體中形成氣泡核——析出前后氣體分子組成變化 211
6.12.1 形成一種氣體氣泡核 211
6.12.2 形成多種氣體氣泡核 215
6.13 在液體中形成液滴核 219
6.13.1 形成單一組元液滴核 219
6.13.2 形成多組元液滴核 222
6.14 在固體中形成液滴核 225
6.14.1 形成單一組元液滴核 225
6.14.2 形成多組元液滴核 228
6.15 在固體中形成晶核 231
6.15.1 形成純物質晶核 231
6.15.2 形成多元固溶體晶核 234
第7章 熔化 238
7.1 純物質的熔化 238
7.1.1 相變過程熱力學 238
7.1.2 純物質液-固兩相的吉布斯自由能與溫度和壓力的關系 239
7.1.3 相變速率 241
7.2 二元系熔化 241
7.2.1 具有*低共熔點的二元系 241
7.2.2 具有穩(wěn)定化合物的二元系 250
7.2.3 具有異分熔點化合物的二元系 257
7.2.4 具有液相分層的二元系 265
7.2.5 具有連續(xù)固溶體的二元系 277
7.2.6 具有不連續(xù)固溶體的二元系 285
7.3 三元系熔化 295
7.3.1 具有*低共熔點的三元系 295
7.3.2 具有同組成熔融二元化合物的三元系 310
7.3.3 具有異組成熔融二元化合物的三元系 323
7.3.4 具有低溫穩(wěn)定、高溫分解的二元化合物的三元系 335
7.3.5 具有高溫穩(wěn)定、低溫分解的二元化合物的三元系 351
7.3.6 具有同組成熔融三元化合物的三元系 370
7.3.7 具有異組成熔融三元化合物的三元系 383
7.3.8 具有晶型轉變的三元系 395
7.3.9 具有液相分層的三元系 419
7.3.10 形成連續(xù)固溶體的三元系 434
7.4 n(>3)元系熔化 444
7.4.1 具有*低共熔點的n(>3)元系 444
7.4.2 具有*低共熔點的n(>3)元固溶體熔化 457
(上冊)
前言
第1章 液體蒸發(fā) 1
1.1 純液體蒸發(fā) 1
1.1.1 蒸發(fā)過程的熱力學 1
1.1.2 蒸發(fā)過程的速率 2
1.2 溶液蒸發(fā) 3
1.2.1 單一組元溶液蒸發(fā) 3
1.2.2 多個組元同時蒸發(fā) 7
1.3 純液體形成氣泡核 11
1.3.1 形成氣泡核的阻力 12
1.3.2 形成氣泡核的摩爾吉布斯自由能變化 12
1.3.3 氣泡核和氣泡長大 13
1.3.4 氣泡核形成速率 14
1.4 多元溶液形成氣泡核 15
1.4.1 溶液中一個組元形成氣泡核 15
1.4.2 溶液中多個組元共同形成氣泡核 16
第2章 氣體冷凝 21
2.1 純氣體冷凝 21
2.1.1 冷凝過程的熱力學 21
2.1.2 冷凝過程的速率 22
2.2 多組元氣體冷凝 23
2.2.1 一種氣體冷凝 23
2.2.2 多種氣體同時冷凝 27
2.3 純氣體冷凝形成液滴核 31
2.3.1 氣體冷凝形成液滴核的熱力學 31
2.3.2 氣體冷凝形成液滴核的速率 31
2.4 混合氣體冷凝形成液滴核 32
2.4.1 混合氣體中一種氣體冷凝形成液滴核 32
2.4.2 多種氣體同時冷凝形成液滴核 34
第3章 固體升華 39
3.1 純固體升華 39
3.1.1 升華過程的熱力學 39
3.1.2 升華速率 40
3.2 多元固溶體的升華 41
3.2.1 一個組元升華 41
3.2.2 多個組元同時升華 45
第4章 氣體凝結成固體 50
4.1 單純氣體凝結 50
4.1.1 凝結過程的熱力學 50
4.1.2 凝結速率 51
4.2 多元氣體凝結成固體 52
4.2.1 一種氣體凝結 52
4.2.2 多種氣體同時凝結成一種固溶體 56
4.2.3 多種氣體凝結成多種純物質固體 60
4.3 單純氣體凝結成晶核 62
4.3.1 單純氣體凝結成晶核的熱力學 62
4.3.2 單純氣體凝結成晶核的速率 64
4.4 多元氣體凝結成晶核 65
4.4.1 多元氣體中只有一種凝結成晶核 65
4.4.2 多種氣體凝結成多種純物質晶核 67
4.4.3 多種氣體凝結成一種固溶體晶核 69
第5章 溶解 73
5.1 氣體溶解于液體——溶解后氣體分子不分解 73
5.1.1 一種純氣體溶解 73
5.1.2 混合氣體溶解 77
5.2 氣體溶解于液體——溶解后氣體分子分解 86
5.2.1 一種純氣體溶解 86
5.2.2 混合氣體溶解 89
5.3 液體在液體中溶解 93
5.3.1 一種純液體溶解 93
5.3.2 溶液中一個組元溶解 95
5.3.3 溶液中多個組元同時溶解 99
5.4 固體在液體中溶解 102
5.4.1 純固體物質溶解 102
5.4.2 固溶體中一個組元溶解 105
5.4.3 多種純固態(tài)物質同時溶解 107
5.4.4 固溶體中n個組元同時溶解 108
5.5 氣體溶解于固體——溶解后氣體分子不分解 110
5.5.1 一種純氣體溶解 110
5.5.2 混合氣體中一種氣體溶解 113
5.5.3 混合氣體中多種氣體同時溶解 114
5.6 氣體溶解于固體——溶解后氣體分子分解 115
5.6.1 一種純氣體溶解 115
5.6.2 混合氣體中一種氣體溶解 117
5.6.3 混合氣體中多種氣體同時溶解 118
5.7 液體在固體中溶解 120
5.7.1 一種純液體溶解 120
5.7.2 溶液中一個組元溶解 123
5.7.3 溶液中多個組元同時溶解 125
5.8 固體溶解于固體 126
5.8.1 一個純固體溶解 126
5.8.2 固溶體中一個組元溶解 128
5.8.3 固溶體中多個組元同時溶解 130
第6章 析出 132
6.1 氣體從液體中析出——析出前后氣體分子組成不變 132
6.1.1 一種氣體從溶液中析出 132
6.1.2 多種氣體同時從溶液中析出 136
6.2 氣體從液體中析出——析出前后氣體分子組成不同 139
6.2.1 一種氣體從溶液中析出 139
6.2.2 多種氣體同時從溶液中析出 141
6.3 氣體從固體中析出——析出前后氣體分子組成不變 143
6.3.1 一種氣體從固體中析出 144
6.3.2 多種氣體同時從固體中析出 146
6.4 氣體從固體中析出——析出前后氣體分子組成不同 149
6.4.1 一種氣體從固體中析出 149
6.4.2 多種氣體同時從固體中析出 151
6.5 液體從溶液中析出 153
6.5.1 一種液體從溶液中析出 153
6.5.2 多元液體從溶液中析出 155
6.5.3 溶質組元從一個溶劑中析出進入另一個溶劑 157
6.5.4 液相分層 158
6.6 液體從固體中析出 164
6.6.1 一種液體從固體中析出 165
6.6.2 多元液體同時從固體中析出 166
6.7 固體從液體中析出——溶液結晶 169
6.7.1 單一組元結晶 169
6.7.2 多組元同時結晶 170
6.7.3 從多組元溶液中析出一種固溶體晶體 172
6.8 固體從固體中析出 174
6.8.1 一種固體組元從固溶體中析出 174
6.8.2 另一種固溶體從固溶體中析出 175
6.8.3 固相分層 178
6.9 在氣體過飽和的液體中形成氣泡核——析出前后氣體分子組成不變 184
6.9.1 形成一種氣體氣泡核 184
6.9.2 形成多種氣體氣泡核 190
6.10 在氣體過飽和的固體中形成氣泡核——析出前后氣體分子組成不變 195
6.10.1 形成一種氣體氣泡核 195
6.10.2 形成多種氣體氣泡核 199
6.11 在氣體過飽和液體中形成氣泡核——析出前后氣體分子組成變化 203
6.11.1 形成一種氣體的氣泡核 203
6.11.2 形成多種氣體的氣泡核 207
6.12 在氣體過飽和的固體中形成氣泡核——析出前后氣體分子組成變化 211
6.12.1 形成一種氣體氣泡核 211
6.12.2 形成多種氣體氣泡核 215
6.13 在液體中形成液滴核 219
6.13.1 形成單一組元液滴核 219
6.13.2 形成多組元液滴核 222
6.14 在固體中形成液滴核 225
6.14.1 形成單一組元液滴核 225
6.14.2 形成多組元液滴核 228
6.15 在固體中形成晶核 231
6.15.1 形成純物質晶核 231
6.15.2 形成多元固溶體晶核 234
第7章 熔化 238
7.1 純物質的熔化 238
7.1.1 相變過程熱力學 238
7.1.2 純物質液-固兩相的吉布斯自由能與溫度和壓力的關系 239
7.1.3 相變速率 241
7.2 二元系熔化 241
7.2.1 具有*低共熔點的二元系 241
7.2.2 具有穩(wěn)定化合物的二元系 250
7.2.3 具有異分熔點化合物的二元系 257
7.2.4 具有液相分層的二元系 265
7.2.5 具有連續(xù)固溶體的二元系 277
7.2.6 具有不連續(xù)固溶體的二元系 285
7.3 三元系熔化 295
7.3.1 具有*低共熔點的三元系 295
7.3.2 具有同組成熔融二元化合物的三元系 310
7.3.3 具有異組成熔融二元化合物的三元系 323
7.3.4 具有低溫穩(wěn)定、高溫分解的二元化合物的三元系 335
7.3.5 具有高溫穩(wěn)定、低溫分解的二元化合物的三元系 351
7.3.6 具有同組成熔融三元化合物的三元系 370
7.3.7 具有異組成熔融三元化合物的三元系 383
7.3.8 具有晶型轉變的三元系 395
7.3.9 具有液相分層的三元系 419
7.3.10 形成連續(xù)固溶體的三元系 434
7.4 n(>3)元系熔化 444
7.4.1 具有*低共熔點的n(>3)元系 444
7.4.2 具有*低共熔點的n(>3)元固溶體熔化 457
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非平衡態(tài)相變熱力學(上冊) 節(jié)選
第1章 液體蒸發(fā) 液體變成氣體的過程叫做蒸發(fā)或揮發(fā)。例如，水變成蒸汽，酒精變成氣體，液態(tài)金屬變成氣態(tài)金屬。 1.1 純液體蒸發(fā) 1.1.1 蒸發(fā)過程的熱力學 在恒溫恒壓條件下，純液體蒸發(fā)過程可以表示為 達到平衡，有 氣相以一個標準大氣壓的組元 B 為標準狀態(tài)，液相以純液態(tài)組元 B 為標準狀態(tài)，蒸發(fā)過程中的摩爾吉布斯自由能變化為 (1.1) 式中， (1.2) 這里，pB 為氣相組元中 B 的壓力；p*B 為組元 B 的飽和蒸氣壓；1μB(g)是組元 B為一個標準大氣壓的化學勢；1*B(l)是組元 B 為純液態(tài)的化學勢；K 為平衡常數(shù)。 液體組元 B 與其飽和蒸氣平衡，化學勢相等。 將式(1.2)代入式(1.1)，得 (1.3) pB = p*B，ΔGm;B =0，氣-液兩相平衡； pB p*B，ΔGm;B >0，氣體變成液體。 也可以如下計算： 在溫度 T平，氣-液兩相達到平衡，升高溫度到 T，液體變成氣體，蒸發(fā)過程的摩爾吉布斯自由能變化為 (1.4) 式中，T平為氣液兩相平衡的溫度 T > T平，液體變成氣體； T = T平，氣-液兩相平衡； T < T平，氣體變成液體。 式中， 如果溫度 T 和 T平相差大，則有 1.1.2 蒸發(fā)過程的速率 在恒溫恒壓條件下，純組元 B 的蒸發(fā)速率如下。 如果只是液體表面蒸發(fā) 如果整個液體體積都蒸發(fā) (1.5) (1.6) 式中，NB(l)為液體組元 B 的物質的量；-為液體表面積；V 為液體體積； 為式(1.3)或(1.4)。 1.2溶液蒸發(fā) 1.2.1單一組元溶液蒸發(fā) 1.蒸發(fā)過程的熱力學 在恒溫恒壓條件下，溶液中一個組元的蒸發(fā)過程可以表示為 達到平衡，有 蒸發(fā)過程的摩爾吉布斯自由能變化為 (1.7) (1)氣相以一個標準大氣壓的組元 B 為標準狀態(tài)，液相以純液態(tài)組元 B 為標準狀態(tài)，濃度以摩爾分數(shù)表示，則 (1.8) (1.9) 將式(1.8)、式(1.9)代入式(1.7)，得 (1.10) 式中， (1.11) K 為平衡常數(shù)，有 (1.12) 式中，和(B)為平衡狀態(tài)值。 根據(jù)拉烏爾定律，在平衡狀態(tài)，有 將式(1.13)代入式(1.12)，得 K = p*B (1.14) 將式(1.14)代入式(1.11)，得 (1.15) 將式(1.15)代入式(1.10)，得 (1.16) (2)氣相以一個標準大氣壓的組元 B 為標準狀態(tài)，液相以符合亨利定律的假想的純組元 B 為標準狀態(tài)，濃度以摩爾分數(shù)表示，則 (1.17) 將式(1.8)和式(1.17)代入式(1.7)，得 (1.18) 式中， (1.19) 其中， (1.20) 根據(jù)亨利定律，在平衡狀態(tài)，有 (1.21) 將式(1.21)代入式(1.20)，得 (1.22) 將式(1.22)代入式(1.19)，得 (1.23) 將式(1.23)代入式(1.18)，得 (1.24) (3)氣相以一個標準大氣壓的組元 B 為標準狀態(tài)，液相以符合亨利定律的假想的 w(B)=wμ=1的溶液為標準狀態(tài)，濃度以質量分數(shù)表示，則 (1.25) 將式(1.8)和式(1.25)代入式(1.7)，得 (1.26) 式中， (1.27) 其中， (1.28) 根據(jù)亨利定律，在平衡狀態(tài)，有 (1.29) 將式(1.29)代入式(1.28)，得 (1.30) 將式(1.30)代入式(1.27)，得 (1.31) 將式(1.31)代入式(1.26)，得 (1.32) (4)利用焓變、熵變計算。 在溫度 T平，氣-液兩相平衡共存，升高溫度到 T，溶液蒸氣壓升高，液體蒸發(fā)，蒸發(fā)過程的摩爾吉布斯自由能變化為 (1.33) 式中， 如果溫度 T 和 T平相差大，則有 式中，ΔHm;B 為溶液中組元 B 的氣化熱；ΔSm;B 為溶液中組元 B 的氣化熵。 2.蒸發(fā)過程的速率 在恒溫恒壓條件下，溶液中一個組元蒸發(fā)的速率為 (1)僅溶液表面蒸發(fā)： (1.34)
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