国立高雄应用科技大学物化预习报告转相点的测定加热及冷却曲线.DOC

國立高雄應用科技大學 物化預習報告 轉相點的測定 (加熱及冷卻曲線法) 班級:四化材三乙 第11組 姓名:黃玟瑄 學號:1100101205 指導教授:吳瑞泰教授 相關知識 在物理學中，相是指一個宏觀物理系統所具有的一組狀態。處於一個相中的物質擁有單 純的化學組成，而其物理特性（如密度、晶體結構、折射率等）在本質上是均勻的，不隨 位置而變化。 [1] 相和物質狀態不同，同一個物質狀態中，也可能會存在不只一個相。 相可以用常見的物質狀態來描述，像固態、液態和氣態、電漿態、玻色-愛因斯坦凝聚態等。 相也可以依溶解度來分類，例如極性（親水性）及非極性（疏水性）。水（極性分子）在油（非極性分子）中的溶解度很低，而油在水中的溶解度也很低，由水和油形成的混合物，因為二者不互溶，會自然分為二個相，而有明確的相邊界。類似的概念可以延伸到固體，固體可以形成固溶體或是結晶形成不同的晶相。可以互溶的金屬對（metal pair）可以形成合金，若金屬對無法互溶，不能形成合金。 相態是一個在其範圍內其熱力學參數的自由能在參數空間中的函數是解析的。這個定義 實際上就是說，假如兩個系統是同一個相態的話，那麼在從一個系統轉換到另一個系統的 時候它們的熱力學參數不會突然改變。 熱力學中的參數如熵、熱容量、壓縮性等都可以被表示為自由能和它的導數。比如熵是 自由能對溫度的導數。只要自由能是解析的，那麼熱力學的其它參數也是連續的。 假如一個系統從一個相態演變為另一個相態，那麼在這個過程中總會有一個階段里自由能是不解析的。這個過程被稱為相變。最常見的相變有溶化（從固態到液態）、凍結（從液態到固態）、蒸發（從液態到氣態）和凝結（從氣態到液態）。由於自由能在這個過程中是不解析的，因此在這個過程的兩邊它是兩個完全不同的函數。兩個相態中熱力學的參數也完全不同。最顯著的是熱容量，在相變過程中熱容量可以達到無窮大，從一個值跳到另一個值。 圖[1] 而相變是指物質在外部參數（如：溫度、壓力、磁場等等）連續變化之下，從一種相（態）忽然變成另一種相，最常見的是冰變成水和水變成蒸氣。然而，除了物體的三相變化（固態、液態、氣態）自然界還存在許許多多的相變現象，例如日常生活中另一種較常見的相變是加熱一塊磁鐵，磁鐵的鐵磁性忽然消失。 [2] 相圖，也稱相態圖、相平衡狀態圖，是用來表示相平衡系統的組成與一些參數（如溫度、壓力）之間關係的一種圖。 [3] 圖[2] 簡單的相圖如水的p-T圖（見上圖），從中可以很容易地讀出水的三相點、臨界點等訊息。 圖[3] 圖中的分隔線稱為「兩相平衡線」，所畫出的範圍表示單相區（雙變數系統），兩個變數可以同時在一定範圍內改變而無新的相出現。 常見的二組分系統相圖有壓力-組成圖、溫度-組成圖、蒸汽壓-液相組成圖、溶解度圖（溫 度-組成）、低共熔混合物相圖等 固體由於其穩定度的不同，再某特定溫度時可能發生狀態(相)變化。發生相變化時，其物理性質也會有顯著的變化，如蒸氣壓、體積、顏色、導電度及溶解度等。除此之外，其熱容量亦會改變，即放出或吸收熱量，使物質趨向穩定，固體發生相轉變時溫度稱曰轉相溫度或簡稱轉相點(transition point)。轉相點的測定，隨物質的不同，即其轉相時所呈現的物質變化的特性差異，而有多種測定方法，其四種方法概述如下: [4] 1冷卻曲線及加熱取線法: 此方法最常用，系將物質緩慢加熱，讓溫度均勻上昇，當溫度達到轉相點時，因其熱容量增加以維持穩定，於是吸外界熱量增加，以致物質的溫度中止上升或上升速度變小，當完全轉變成另一種狀態後，溫度再繼續上升。若由一相態冷卻至另一相態時，當達到轉相點時會放出熱量，使溫度下降速度停止或變小。利用這種溫度特性，可設計出簡易的一個穩定昇溫的熱源，可由觀測溫度隨時間的變化，描繪出加熱曲線，求溫度上昇斜率最小的溫度即為轉相點。例如，含有10倍結晶水的硫酸鈉(俗稱芒硝)分解成無水硫酸鈉及水的溫度轉相點為32.383C，可應用此法測得。 2顏色變化: 某物值轉相時有顏色變化，於是由實驗觀測其顏色改變時溫度，即可的到該物質的轉相點。例如紅色碘化亞汞變為黃色碘化亞汞的溫度為1