地球化学热力学课件10
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《化学热力学》课件
总结词
详细描述
05
CHAPTER
和实际生产数据，对化学反应过程进行优化与设计。
要点一
要点二
详细描述
在化学工业中，通过对热力学数据的分析，可以指导反应过程的优化与设计。例如，通过分析反应速率常数、活化能等数据，可以优化反应条件，如温度、压力、浓度等，以达到理想的反应效果。同时，热力学数据也是新型反应过程和工艺开发的重要依据。
02
01
04
03
随着科技的不断发展和人类对能源、环境等问题的关注度不断提高，化学热力学将面临更多的挑战和机遇。
未来化学热力学的研究将更加注重绿色环保和可持续发展，为解决能源危机和环境问题提供更多可行的方案和技术支持。
随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，化学热力学将更加注重计算机模拟和实验验证的结合，以更加精准地预测和优化化学反应和相变化过程。
未来化学热力学的研究将更加注重跨学科的交叉融合，如与物理学、生物学、环境科学等领域的结合，以解决更加复杂的问题。
THANKS
感谢您的观看。
目的
定义
化工生产
化学热力学理论在化工生产过程中用于优化反应条件，提高产率和降低能耗。
新能源开发
通过化学热力学原理研究新能源转化和储存技术，如燃料电池、太阳能电池等。
环境科学
化学热力学在环境科学领域用于研究污染物治理和资源回收等问题。
03
02
01
从19世纪中叶开始，科学家们开始研究化学反应中的能量转化问题，奠定了化学热力学的基础。
总结词
自由能变化是化学反应过程中体系自由能的变化，用于衡量反应过程中的能量和熵的综合效应。
详细描述
自由能变化是焓变和熵变的综合结果，其变化值可以用于判断反应是否自发进行。在等温、等压条件下，自发反应总是向着自由能减少的方向进行。自由能变化的大小和方向对化学反应的方向和平衡状态具有决定性影响。
详细描述
05
CHAPTER
和实际生产数据，对化学反应过程进行优化与设计。
要点一
要点二
详细描述
在化学工业中，通过对热力学数据的分析，可以指导反应过程的优化与设计。例如，通过分析反应速率常数、活化能等数据，可以优化反应条件，如温度、压力、浓度等，以达到理想的反应效果。同时，热力学数据也是新型反应过程和工艺开发的重要依据。
02
01
04
03
随着科技的不断发展和人类对能源、环境等问题的关注度不断提高，化学热力学将面临更多的挑战和机遇。
未来化学热力学的研究将更加注重绿色环保和可持续发展，为解决能源危机和环境问题提供更多可行的方案和技术支持。
随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，化学热力学将更加注重计算机模拟和实验验证的结合，以更加精准地预测和优化化学反应和相变化过程。
未来化学热力学的研究将更加注重跨学科的交叉融合，如与物理学、生物学、环境科学等领域的结合，以解决更加复杂的问题。
THANKS
感谢您的观看。
目的
定义
化工生产
化学热力学理论在化工生产过程中用于优化反应条件，提高产率和降低能耗。
新能源开发
通过化学热力学原理研究新能源转化和储存技术，如燃料电池、太阳能电池等。
环境科学
化学热力学在环境科学领域用于研究污染物治理和资源回收等问题。
03
02
01
从19世纪中叶开始，科学家们开始研究化学反应中的能量转化问题，奠定了化学热力学的基础。
总结词
自由能变化是化学反应过程中体系自由能的变化，用于衡量反应过程中的能量和熵的综合效应。
详细描述
自由能变化是焓变和熵变的综合结果，其变化值可以用于判断反应是否自发进行。在等温、等压条件下，自发反应总是向着自由能减少的方向进行。自由能变化的大小和方向对化学反应的方向和平衡状态具有决定性影响。
地球化学：地球化学热力学
δW=p外dV＝0 因为 p外＝0
W= P外(V2-V1)=0
2.等外压膨胀（p外保持不变）
W=p外(V2-V1)
体系所作的功如阴影面积所示
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2021/7/20
功与过程
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2021/7/20
功与过程
3.多次等外压膨胀 (1)克服外压为 p '，体积从V1 膨胀到V ' (2)克服外压为 p"，体积从V ' 膨胀到V " (3)克服外压为 p2，体积从V "膨胀到V2
• 状态与状态性质：
1 体系的物理性质和化学性质的综合表现为 状态
2 规定体系状态的性质称为状态性质，但都 是宏观物理量，如质量、温度、压力、体积、 浓度、密度、粘度等等
3 在这些物理量中任何一个发生变化，我们 就说体系的状态发生了变化
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2021/7/20
几个基本概念
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2021/7/20
热和功
热（heat） 体系与环境之间因温差而传递的能量称为
热，用符号Q 表示。 Q的取号： 体系吸热，Q>0； 体系放热，Q<0
功（work）
体系与环境之间传递的除热以外的其它能量 都称为功，用符号W表示
环境对体系作功，W<0；体系对环境作功，W>0
• 研究的对象是变化过程的发生和 进行的程度
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2021/7/20
热力学要解决的问题如下：
1 判断某个过程是否能够发生 2 在一定条件下确定被研究物质的稳
W= P外(V2-V1)=0
2.等外压膨胀（p外保持不变）
W=p外(V2-V1)
体系所作的功如阴影面积所示
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功与过程
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2021/7/20
功与过程
3.多次等外压膨胀 (1)克服外压为 p '，体积从V1 膨胀到V ' (2)克服外压为 p"，体积从V ' 膨胀到V " (3)克服外压为 p2，体积从V "膨胀到V2
• 状态与状态性质：
1 体系的物理性质和化学性质的综合表现为 状态
2 规定体系状态的性质称为状态性质，但都 是宏观物理量，如质量、温度、压力、体积、 浓度、密度、粘度等等
3 在这些物理量中任何一个发生变化，我们 就说体系的状态发生了变化
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2021/7/20
几个基本概念
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2021/7/20
热和功
热（heat） 体系与环境之间因温差而传递的能量称为
热，用符号Q 表示。 Q的取号： 体系吸热，Q>0； 体系放热，Q<0
功（work）
体系与环境之间传递的除热以外的其它能量 都称为功，用符号W表示
环境对体系作功，W<0；体系对环境作功，W>0
• 研究的对象是变化过程的发生和 进行的程度
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2021/7/20
热力学要解决的问题如下：
1 判断某个过程是否能够发生 2 在一定条件下确定被研究物质的稳
地球化学ppt课件
19
水环境地球化学研究
2024/1/25
水体化学组成与性质
研究水体中各种溶解物质、胶体物质和悬浮物质的含量、分布和 变化规律，揭示水体的化学性质。
水体中污染物的迁移转化
分析水体中污染物的来源，研究其在水体中的迁移、转化和归宿， 为水污染防治提供依据。
水环境地球化学过程
探讨水体中化学物质的循环、转化和相互作用过程，以及这些过程 对水环境的影响。
可燃冰资源勘查
利用地球化学方法分析可燃冰赋存层位的岩石、 土壤等介质中的气体组成和同位素特征，揭示可 燃冰的成因和分布规律。
2024/1/25
16
环境资源评价中地球化学方法
1 2
环境质量评价
通过分析土壤、水、大气等环境介质中的元素和 化合物含量，评价环境质量状况及其对人类健康 的影响。
污染来源与迁移转化研究
灾害体地球化学特征分析
分析滑坡、泥石流等灾害体的物质组成、化学成分等地球化学特征 。
灾害预测和防治
结合地质环境地球化学评价和灾害体地球化学特征分析，进行滑坡 、泥石流等地质灾害的预测和防治。
26
人类活动对环境影响评价中地值 调查
调查评价区域的环境地球化学背景值 ，为环境影响评价提供依据。
研究地球化学异常的成因 机制，包括地震孕育过程 中的物理化学变化、地下 流体运移等。
异常时空演化规律
分析地球化学异常在时间 和空间上的演化规律，为 地震预测预报提供依据。
24
火山活动监测和预警中地球化学方法
火山气体监测
通过监测火山释放的气体 成分和含量变化，判断火 山活动的状态和趋势。
2024/1/25
2024/1/25
数据获取和处理
地球化学数据获取困难，处理和分析方法复杂，需要进一步提高 数据质量和处理效率。
水环境地球化学研究
2024/1/25
水体化学组成与性质
研究水体中各种溶解物质、胶体物质和悬浮物质的含量、分布和 变化规律，揭示水体的化学性质。
水体中污染物的迁移转化
分析水体中污染物的来源，研究其在水体中的迁移、转化和归宿， 为水污染防治提供依据。
水环境地球化学过程
探讨水体中化学物质的循环、转化和相互作用过程，以及这些过程 对水环境的影响。
可燃冰资源勘查
利用地球化学方法分析可燃冰赋存层位的岩石、 土壤等介质中的气体组成和同位素特征，揭示可 燃冰的成因和分布规律。
2024/1/25
16
环境资源评价中地球化学方法
1 2
环境质量评价
通过分析土壤、水、大气等环境介质中的元素和 化合物含量，评价环境质量状况及其对人类健康 的影响。
污染来源与迁移转化研究
灾害体地球化学特征分析
分析滑坡、泥石流等灾害体的物质组成、化学成分等地球化学特征 。
灾害预测和防治
结合地质环境地球化学评价和灾害体地球化学特征分析，进行滑坡 、泥石流等地质灾害的预测和防治。
26
人类活动对环境影响评价中地值 调查
调查评价区域的环境地球化学背景值 ，为环境影响评价提供依据。
研究地球化学异常的成因 机制，包括地震孕育过程 中的物理化学变化、地下 流体运移等。
异常时空演化规律
分析地球化学异常在时间 和空间上的演化规律，为 地震预测预报提供依据。
24
火山活动监测和预警中地球化学方法
火山气体监测
通过监测火山释放的气体 成分和含量变化，判断火 山活动的状态和趋势。
2024/1/25
2024/1/25
数据获取和处理
地球化学数据获取困难，处理和分析方法复杂，需要进一步提高 数据质量和处理效率。
化学热力学基础素材PPT课件
△U = Q + W = Q – P△V
1. 定容热
∵ △V = 0
∴ △U = QV
在此条件下，体系吸收的热量，只用于改变内能。
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2. 等压热与焓变
external
2.2.2 内能与热力学第一定律
内能U ：
又称热力学能，它是体系内部物质各种微观形式能量的总 和（包括分子、原子的动能，势能，核能，电子的动 能……，以及一些尚未研究的能量），用符号 U 表示。 内能是体系的状态函数。且具有加和性。 体系内能的绝对值至今尚无法知道。
热力学中将内能作为一个整体来讨论，研究的是内能的变
3 过程与途径
过程： 体系状态发生变化的经过称为过程。 途径： 完成过程的具体步骤称为途径。
1 ×105 Pa 2L
0.5 ×105 Pa 4L
途径Ⅰ
途径Ⅱ
4 ×105 Pa 0.5 第L13页/共89页
2 ×105 Pa 1L
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按过程发生时的条件，热力学中基本过程有：
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孤立体系：
体系与环境之间，既无物质交换，又无能量交换。 孤立体系也称为隔离体系。(体系+环境)
绝热装置盛水 体系：水+水蒸气+绝热装置
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孤立体系
敞开体系
封闭体系
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热力学：
研究物理的和化学的变化过程中能量变化规律的科学。
化学热力学：
1. 定容热
∵ △V = 0
∴ △U = QV
在此条件下，体系吸收的热量，只用于改变内能。
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2. 等压热与焓变
external
2.2.2 内能与热力学第一定律
内能U ：
又称热力学能，它是体系内部物质各种微观形式能量的总 和（包括分子、原子的动能，势能，核能，电子的动 能……，以及一些尚未研究的能量），用符号 U 表示。 内能是体系的状态函数。且具有加和性。 体系内能的绝对值至今尚无法知道。
热力学中将内能作为一个整体来讨论，研究的是内能的变
3 过程与途径
过程： 体系状态发生变化的经过称为过程。 途径： 完成过程的具体步骤称为途径。
1 ×105 Pa 2L
0.5 ×105 Pa 4L
途径Ⅰ
途径Ⅱ
4 ×105 Pa 0.5 第L13页/共89页
2 ×105 Pa 1L
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按过程发生时的条件，热力学中基本过程有：
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孤立体系：
体系与环境之间，既无物质交换，又无能量交换。 孤立体系也称为隔离体系。(体系+环境)
绝热装置盛水 体系：水+水蒸气+绝热装置
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孤立体系
敞开体系
封闭体系
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热力学：
研究物理的和化学的变化过程中能量变化规律的科学。
化学热力学：
第05章 地球化学热力学
Plagioclase Phase Diagram
Equilibrium Crystallization
resulting crystals are not zoned
Fractional Crystallization
Result is zoned crystals
Energy can be neither created nor detroyed
DU=Q+W or dU=dQ+dW U = internal energy Q= heat W=work
第四章 地球化学热力学
第一节 概述 第二节 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律
第四章 多组分系统热力学
热力学第二定律
Does the liquid or solid have the larger volume? High pressure favors low volume, so which phase should be stable at high P?
Figure 5-2. Schematic P-T phase diagram of a melting reaction. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Stability Fields on P-T Diagram
Kyanite, sillimanite, and andalusite are common minerals in metamorphosed shaley rocks.
Plot of ΔGf as a function of P and T. The intersection between the stability planes projected onto the P-T plane gives the classic diagram fro the stability of the aluminosilicate polymorphs.
化学热力学基础PPT课件
相平衡条件
在三组分系统中，除了温度、压 力恒定外，还需要满足各相中三 组分的摩尔分数相等。
三组分系统
含有三个组分的系统。
相图复杂性
由于三组分系统的自由度增加， 相图的复杂性也显著增加，需要 借助计算机模拟等手段进行分析 。
应用领域
三组分系统相图在石油化工、冶 金、陶瓷等领域有广泛应用，用 于指导多组分体系的分离、提纯 和合成等过程。
热力学第一定律
能量守恒定律
能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种 形式。
热力学第一定律的表述
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能 或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保 持不变。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统 与外界交换的热量，W表示外界对系统所做的功。
工业生产应用
氯碱工业、电解冶炼、有机电化学合成、电化学分析等。
06
界面现象与胶体性质探讨
表面张力和表面能概念引入和计算方法
表面张力定义
作用于液体表面，使液体表面积 缩小的力。
表面能定义
恒温恒压下，增加单位表面积时， 体系自由能的增加值。
计算方法
通过测量液体表面张力或表面能相 关的物理量，如接触角、表面张力 系数等，利用相关公式进行计算。
01
胶体性质
丁达尔效应、电泳现象、布朗运 动等。
02
03
稳定性影响因素
分析方法
电解质种类和浓度、pH值、温 度等。
通过实验研究不同因素对胶体稳 定性的影响，利用相关理论进行 解释和预测。
界面现象在日常生活和工业生产中应用举例
日常生活应用
地球化学ppt课件
即碳酸钙的氧同位素组成是温度的函数。温度升高时，相对 较轻的16O由于有较高的活性，易于迁移，在同位素交换反应 中将优先被吸收进生物壳体内，致使18O含量相对减少，δ180 值随温度的上升而下降。
最适用于有孔虫同位素分析的关系式： t＝16.9－4.4(δs－δw)＋0.10(δs－δw)2 式中，δs：壳体中氧同位素值，δw：水体的氧同位素值
环境地球化学 第21页
+ 冰期与间冰期对碳酸盐溶解作用的影响不同，也会引起 海水中CO2总含量的变化。 经计算，末次冰期极盛期的CO2含量稍高于间冰期， 两者的比值为1.15±0.5。
这样，由海水表温、盐度、冰川体积等因素变化引 起的大气CO2浓度变化仅占实际变化的5％。因此，如果 当时不存在其它海水化学性质的变化，则大气CO2含量将 保持近于恒定。
环境地球化学 第4页
4氧同位素应用
（l）查明地质时期海水古温度的变化趋势
通过生物氧同位素研究法确定了自晚白垩纪（约7000 万年前）以来全球气候有逐渐变冷的趋势。
Emiliani（1954）根据底栖有孔虫δ180值逐渐递增的 趋势，确定了自白垩纪以来，全球大洋深水平均温度曾从 13oC逐渐下降到目前的2oC左右。
由于在任何时候、任何地区，底栖有孔虫氧同位素温 度始终低于浮游有孔虫的氧同位素温度，表明大洋的底层 水系由高纬地区的表层水下沉扩散而来，所以，从新生代 底层水的这种变冷趋势可以推出高纬地区的表层水以致大 气圈也存在着逐渐变冷的趋势。
环境地球化学 第5页
南
北 半 球
极 冰 盖
南极海冰 大量形成
冰形
盖成
环境地球化学 第24页
热带东太平洋V19-30柱状样15万年来浮游有孔虫N.dutertrei与底栖有孔虫 U.sentioncosa碳同位素组分的差值（Δδ13C） 变化图
最适用于有孔虫同位素分析的关系式： t＝16.9－4.4(δs－δw)＋0.10(δs－δw)2 式中，δs：壳体中氧同位素值，δw：水体的氧同位素值
环境地球化学 第21页
+ 冰期与间冰期对碳酸盐溶解作用的影响不同，也会引起 海水中CO2总含量的变化。 经计算，末次冰期极盛期的CO2含量稍高于间冰期， 两者的比值为1.15±0.5。
这样，由海水表温、盐度、冰川体积等因素变化引 起的大气CO2浓度变化仅占实际变化的5％。因此，如果 当时不存在其它海水化学性质的变化，则大气CO2含量将 保持近于恒定。
环境地球化学 第4页
4氧同位素应用
（l）查明地质时期海水古温度的变化趋势
通过生物氧同位素研究法确定了自晚白垩纪（约7000 万年前）以来全球气候有逐渐变冷的趋势。
Emiliani（1954）根据底栖有孔虫δ180值逐渐递增的 趋势，确定了自白垩纪以来，全球大洋深水平均温度曾从 13oC逐渐下降到目前的2oC左右。
由于在任何时候、任何地区，底栖有孔虫氧同位素温 度始终低于浮游有孔虫的氧同位素温度，表明大洋的底层 水系由高纬地区的表层水下沉扩散而来，所以，从新生代 底层水的这种变冷趋势可以推出高纬地区的表层水以致大 气圈也存在着逐渐变冷的趋势。
环境地球化学 第5页
南
北 半 球
极 冰 盖
南极海冰 大量形成
冰形
盖成
环境地球化学 第24页
热带东太平洋V19-30柱状样15万年来浮游有孔虫N.dutertrei与底栖有孔虫 U.sentioncosa碳同位素组分的差值（Δδ13C） 变化图
4章-地球化学11-12-13谢PPT课件
假定我们直接观察到的各种地质体是曾经在某种
热力学平衡条件下形成的，并且自形成以来一直
保持着当时的平衡状态，而未被后来的作用所改 造，那么依靠实验测得的矿物和岩石的热力学性 质，运用热力学理论，可以合理地推测各种地质 体形成的过程及其物理化学条件。
20世纪以来，地球化学热力学取得了重要进展 ：获得大量矿物和离子的热力学数据；发展了 编制矿物（体系）平衡相图的方法；建立矿物 固溶体热力学；对硅酸盐熔体、超临界流体的 研究有了很大进展。
想要制造出热效率为百分之百的热机也是绝对不可 能的。如汽车发动机总是要往外散热的。
热量不会自动从低温物体向高温物体转移，要实现 这种转移，需外界对它做功，如空调、冰箱。
人往高处走，水往低处流都是自然而然的吗？
2）热力学第二定律的定量表达
①第一种表达 以卡诺热机的热效率来表达：η=W/Q1=(Q1Q2)/Q1 =(T1-T2)/T1（可逆过程） （5.3）
2.热力学第二定律
自然界里的自发过程常常具有一定的方向性。 例如热量只能从高温向低温物体传递；溶解的 盐类从高浓度向低浓度溶液扩散；水流从高压 向低压流动；岩块从高位势向低位势移动等等 。上述例子向相反方向进行的话，并不违背第 一定律。但实践表明，这种情况是决不会出现 的（除非有外来或者说环境的干预）。说明制 约自然界中自发过程进行的方向，除了第一定 律外，还存在其他的制约因素。热力学第二定 律正是阐明自发过程进行的方向学动力学
热力学是研究热现象的一门科学。它从具有公理 性质的四个基本定律出发，演绎物质体系的宏观 性质与热、功形式的能量之间的关系。
热力学原理应用于研究化学反应（包括相变）形 成了化学热力学分支，它要解决的主要问题是根 据化学反应和相变过程中伴随的能量变化，预测 化学反应和相变的方向和进程。化学热力学与地 球化学相结合形成了地球化学热力学。
热力学平衡条件下形成的，并且自形成以来一直
保持着当时的平衡状态，而未被后来的作用所改 造，那么依靠实验测得的矿物和岩石的热力学性 质，运用热力学理论，可以合理地推测各种地质 体形成的过程及其物理化学条件。
20世纪以来，地球化学热力学取得了重要进展 ：获得大量矿物和离子的热力学数据；发展了 编制矿物（体系）平衡相图的方法；建立矿物 固溶体热力学；对硅酸盐熔体、超临界流体的 研究有了很大进展。
想要制造出热效率为百分之百的热机也是绝对不可 能的。如汽车发动机总是要往外散热的。
热量不会自动从低温物体向高温物体转移，要实现 这种转移，需外界对它做功，如空调、冰箱。
人往高处走，水往低处流都是自然而然的吗？
2）热力学第二定律的定量表达
①第一种表达 以卡诺热机的热效率来表达：η=W/Q1=(Q1Q2)/Q1 =(T1-T2)/T1（可逆过程） （5.3）
2.热力学第二定律
自然界里的自发过程常常具有一定的方向性。 例如热量只能从高温向低温物体传递；溶解的 盐类从高浓度向低浓度溶液扩散；水流从高压 向低压流动；岩块从高位势向低位势移动等等 。上述例子向相反方向进行的话，并不违背第 一定律。但实践表明，这种情况是决不会出现 的（除非有外来或者说环境的干预）。说明制 约自然界中自发过程进行的方向，除了第一定 律外，还存在其他的制约因素。热力学第二定 律正是阐明自发过程进行的方向学动力学
热力学是研究热现象的一门科学。它从具有公理 性质的四个基本定律出发，演绎物质体系的宏观 性质与热、功形式的能量之间的关系。
热力学原理应用于研究化学反应（包括相变）形 成了化学热力学分支，它要解决的主要问题是根 据化学反应和相变过程中伴随的能量变化，预测 化学反应和相变的方向和进程。化学热力学与地 球化学相结合形成了地球化学热力学。
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二、拓扑相图的建立
确定研究对象并明确体系 制作相关体系的化学组成图 由组合公式求出可能存在的化学反应关 系数目，并写出反应方程式 根据schreinemakers法则对反应进行标记 计算单变线斜率 根据法则确定线的相对位置
1、化学组成图的建立 • 单组分体系无图 • 二组分体系是一条线 如： A l SiO , SiO , K A lSi O , K A l Si O ( O H ) 2 5 2 3 8 3 3 10
3 2
1 .5
O
（ M ag )
2
F e2O 3
( P yt )
F e3O 4
F eS 2
F eS 2
( H em )
S
2
A l 2 S iO 5
S 298 J / K m o l
V 298 m 1 0 / m o l
3 6
Sil 96.71
49.90
dP dT dP
dT
5 5
0
dT (C o r ) dp dT 8 .1 2 1 0 P a / K 3 8 .90Leabharlann P5条线，10个区
[Fos] Ens-Sil
[Cor] Ens-Spn Fos-Sil Ens-Sil [Spn] Fos-Cor [Ens]
Ens-Spn Cor-Spn [Sil] Cor-Fos
• 特征：正常体系的化学组成图中，每种 矿物都有自己确定的成分点，并不出现 重合现象。
• 三组分体系的化学组成图为平面三角形
A l2 O 3
A l 2 S i 2 O 5 ( O H ) 4 高岭石
X n A l2 O 3 n A l 2 O 3 n S iO 2 n H 2 O n H 2O n A l 2 O 3 n S iO 2 n H 2 O n S iO 2 n A l 2 O 3 n S iO 2 n H 2 O 1 5 2 5 2 5
M us K fs K fs
M us
( K fs )3 A n d 3 S iO 2 K 2 O 2 H 2 O ( M u s ) A n d 5 S iO 2 K 2 O ( A n d )6 S iO 2 M u s K 2 O
d H 2O d K 2O d H 2O d K 2O d H 2O d K 2O
2 M us
2 K fs 3 K fs H 2 O 5M us
( Q )6 A n d 3 K fs 5 H 2 O K 2 O
( K fs ) 1 2 1 0 1 5 1 1 1 5 1 1 .3
0
1 2
(27 )
0
(M us)
一、理论基础 • 1、相律 • Gibbs 相律 f=k-φ+2 • 几何图上多相平衡关系，由点、线、面关 系表示： • 双变区： K=φ • 单变线： φ=K+1 • 无变量点： φ=K+1
• • • •
K=1 面：φ=1 线：φ=2 点：φ=3 K=2 面：φ=2 线：φ=3 点：φ=4 K=3 面：φ=3 线：φ=4 点：φ=5 点、线、面数满足组合律： n
2 3 3
4
（1） （4）
2
（3）
相关相与相关相的稳定线重合
1
2 （1）
3
4 （4）
（3） （2）
123 （1 4）
4
3
2
（2 4） 1
（3 4）
三元退化体系 （2） 3 5 （3）
（1）
（4） （5）
1
4
2
4、多体系
• 一元 ，二元，三元多体系
31.276· -6 10
43.79· -6 10 233.22· -6 10 49.90· -6 10 39.71· -6 10
菁箐石 矽线石 尖晶石
Cor Mg2Al4Si5O1
8
Sil Spn
Al2SiO5 MgAl2O4
化学组成图
S iO 2
C or
E ns F os
S il
M gO
A l2 O 3
K 2 O A l 2 O 3 S iO 2 H 2 O
A l 2 O 3 S iO 2
A l 2 S iO 5
A l2 O 3
K A lSi3 O 8
K A l 3 S i3 O 1 0 ( O H ) 2
S iO 2
X
A l 2 S iO 5
n A l2 O 3 n A l 2 O 3 n S iO 2
Fos-Sil Cor-Spn
T
正常体系相图特征
二元系 ： 三元系：
3、组成退化体系 • 特点：化学组成图中不同物相同点或同 线。
二元退化体系（4种）
1 2
奇异相
3
相关相
4
奇异相在相关相 的同一侧，出现 实线与虚线的重 合
相图特征：相发生重合， （1）
（4）
重合定律
（3）
（2）
1 （2） 1-4
A l2 O 3
X H 2O X S iO 2
H 2O
S iO 2
2、相图的构筑
• 一元系相图
F e 3 O（ M ag ) F e 2 O 3 ( H em ) F eS 2 ( P yt ) 4
C
2 3
3线 , C 3面
1 3
•写出反应式并配平
( P yt )
3 F e 2 O 3 2 F e3O 4 1 2 O2
3 2
d O2 d S2
d O2
0
2 1 .5
( M ag ) 3 F e 2 O 3 2 S 2 2 F eS 2
O2
d S2
1 .3 3
530 560
( H em ) F e 3 O 4 3 S 2 3 F eS 2 2 O 2
d O2 d S2
(Q )
K fs
And
Q
And Q
K fs
M us
A n d K fs
(M us)
K
2O
•三元系相图
以 M gO A l 2 O 3 SiO 2 为 例 ， 有 3 种 矿 物
顽火辉石
镁橄榄石
Ens
Fos
MgSiO3
Mg2SiO4
67.78
95.186 407.229 96.86 80.63
Spn
S iO 2
C or
E ns
F os
S il
M gO
A l2 O 3
Spn
( F o s )2 C o r S p n 5 E n s 5 S il ( S p n ) C o r F o s E n s 2 S il ( C o r )2 F o s S il 3 E n s S p n ( E n s )3 C o r 4 S p n 5 F o s 1 0 S il
（α）
重叠法则：双变区中所夹单变线（包括 亚稳线）的缺失相在该区一定稳定。 （1）
3
（2） 1
2
（3）
• 标记： 如矿物相为1、2、3、4 [4] [3] [2] [1] 1+2=3 1+4=2 1+4=3 2+3=4
3、单变线的斜率和计算
热力学中存在关系，平衡条件下有GibbsDuhem方程：
(Kfs)
K A lSi3 O 8
K A l 3 S i3 O 1 0 ( O H ) 2
S iO 2
(Mus)
( K fs ) A n d S iO 2 ( M u s ) A n d S iO 2 ( A n d ) S iO 2 M u s ( Q ) A n d K fs
§3-4 多相体系的几何分析方法 --拓扑相图
• • • • 1916-1925年：荷兰科学家 schreinemakers 1930年：Niggle 引入岩石界 1949年：Miyashiro 首次采用 1960年：美籍华人 任以安系统总结，应用到岩 石界
• 用途：在矿物岩石地球化学中，可以根据矿物 共生关系建立相图。
6 0
dP dT
S V
2 .2 5 1 0 P a / K (6 6 )
6 0
P 10 P a
6
( A nd )
Ky
( A nd )
Sil And
(Ky)
( Sil )
T /K
•二元系相图:由组合律计算应有4条单变线，6个双变区
A l 2 S iO 5
A l2 O 3
(And)
( Fos) (Spn) ( S il )
dp dT dp dT dp
7 .2 9 5 1 0 P a / K 3 5 .7
5
0
7 .2 4 1 0 P a / K 3 5 .9
5
0
7 .3 5 1 0 P a / K 3 6
2
F e3O 4
F e C O3
3FeCO3
d o2 d co 2
O 2 F e3 O 4 3C O 2
6
3 1 2
800
co
2
R T ln a
R T ln f
T P
ln a ln a ln f ln f ln a T 或 ( 1 T )
90
0
( And )