物理化学中的相图怎么解读

⑴ 物理化学相图中的实线与虚线有什么意义

物理化学 -> 5.2.2 典型相图举例

日期:2007-2-20 23:06:12 来源:来自网络 查看:[大 中 小] 作者：不详 热度：493

二、典型相图举例
(一)水的相图
众所周知，水有三种不同的聚集状态。在指定的温度、压力下可以互成平衡，即

在特定条件下还可以建立其的三相平衡体系。表5－1的实验数据表明了水在各种平衡条件下，温度和压力的对应关系。水的相图（图5－2）就是根据这些数据描绘而成的。
表5－1水的压力～温度平衡关系

温 度
（℃） 体系的水蒸气压力(kPa)
(kPa)

(kPa)
(kPa)
-20
-15
-10
-5
0.00989
+20
+100
374 --
0.191
0.286
0.421
0.610
2.338
101.3
2.204x104 0.103
0.165
0.259
0.401
0.610
--
--
-- 1.996x105
1.611x105
1.145x104
6.18x104
0.610

1.两相线：图中三条曲线分别代表上述三种两相平衡状态，线上的点代表两相平衡的必要条件，即平衡时体系温度与压力的对应关系。在相图中表示体系（包含有各相）的总组成点称为"物质点"，表示某一相的组成的点称为"相点"，但两者常通称为"状态点"。
OA 线是冰与水气两相平衡共存的曲线，它表示冰的饱和蒸气压与温度的对应各相，称为"升华曲线"，由图可见，冰的饱和蒸气压是随温度的下降而下降。
OC 线是（蒸）气与液（水）两相平衡线，它代表气～液平衡时，温度与蒸气压的对应关系，称为"蒸气压曲线"或"蒸发曲线"。显然，水的饱和 蒸气压是随温度的增高而增大，F 点表示水的正常沸点，即在敞开容器中发水加热到 100℃ 时，水的蒸气压恰好等于外界的压力（），它就开始沸腾。在压力下液体开始沸腾的温度称其为"正常沸点"。
OB 线是固（冰）与液（水）两相平衡线，它表示冰的熔点随外压变化关系，故称之为冰的"熔化曲线"。熔化的逆过程就是凝固，因此它又表示水的凝固点随外压变化关系，故也可称为水的"凝固点曲线"。该线甚陡，略向左倾，斜率呈负值，意味着外压剧增，冰的熔点仅略有降低，大约是每增加1个，下降 0.0075℃ 。水的这种行为是反常的，因为大多数物质的熔点随压力增加而稍有升高。
在单组分体系中，当体系状态点落在某曲线上，则意味体系处于两相共存状态，即 Ф =2，f = 1。这说明温度和压力，只有一个可以自由变动，另一个随前一个而定。关于两相线的分析以及斜率的定量计算将在"克拉贝龙方程式"讨论。
必须指出，OC 线不能向上无限延伸，只能到水的临界点即 374℃ 与 22.3×103kPa 为止，因为在临界温度以上，气、液处于连续状态。如果特别小心，OC 线能向下延伸如虚线 OD 所示，它代表未结冰的过冷水与水蒸气共存，是一种不稳定的状态，称为"亚稳状态"。OD 线在 OA 线之上，表示过冷水的蒸气压比同温度下处于稳定状态的冰蒸气压大，其稳定性较低，稍受扰动或投入晶种将有冰析出。OA 线在理论上可向左下方延伸到绝对零点附近，但向右上方不得越过交点 O ，因为事实上不存在升温时该熔化而不熔化的过热冰。OB 线向左上方延伸可达二千个压力左右，若再向上，会出现多种晶型的冰，称为"同制多晶现象"，情况较复杂，后面将简单提及。
2.单相面：自图5-2，三条两相线将坐标分成三个区域；每个区域代表一个单相区，其中 AOC 为气相区，AOB 为固相区，BOC 为液相区。它们都满足 Ф =1，f = 2，说明这些区域内 T、p均可在一定范围内自由变动而不会引起新相形成或旧相消失。换句话说要同时指定 T、p 两个变量才能确定体系的一个状态。另外从图中亦可推断，由一个相变为另一相未必非得穿过平衡线；如蒸气处于状态点 M 经等温压缩到 N 点，再等压降温至 h，最后等温降压到 P 点，就能成功地使蒸气不穿过平衡线而转变到液体水。
3.三相点：①：三条两相线的交点 O 是水蒸气、水、冰三相平衡共存的点，称为"三相点"。在三相点上 Ф =3，f =0，故体系的稳定、压力皆恒定，不能变动。否则会破坏三相平衡。三相点的压力 p = 0.61kPa ，温度 T = 0.00989℃，这一温度已被规定为 273.16K，而且作为国际绝对温标的参考点。值得强调，三相点温度不同于通常所说的水的冰点，后者是指敞露于空气中的冰～水两相平衡时的温度，在这种情况下，冰～水已被空气中的组分（CO2、N2、O2 等）所饱和，已变成多组分体系。正由于其它组分溶入致使原来单组分体系水的冰点下降约 0.00242℃；其次，因压力从 0.61kPa 增大到 101.325kPa，根据克拉贝龙方程式计算其相应冰点温度又将降低 0.00747℃，这两种效应之和即 0.00989℃ ≈ 0.01℃（或 273.16K ）就使得水的冰点从原来的三相点处即 0.00989℃ 下降到通常的 0℃（或 273.15K）。
图5-2 为低压下相图，有一个三相点，而在高压下水可能出现同质多晶现象，因此在水的相图上就不止存在一个三相点（图5－3），不过这些三相点不出现蒸气相罢了。水在高压下共有六种不同结晶形式的冰，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ（普通冰以Ⅰ表示，冰Ⅳ不稳定），表5－2列出高压下水各三相点的温度和压力。

图5-2 水的相图

图5-3 水在高压下的相图

至此我们已明了相图中点、线、面之意义，于是可借助相图（图5－2）来分析指定物系当外界条件改变时相变化的情况。例如，101.325kPa，-40℃ 的冰（即 Q 点），当恒压升温，最终达到 250℃（即 J点）。其中物系点先沿着 QJ 线移动，此时先在单一固相区内，由相律可知 f * = 1，故温度可不断上升。当抵达 G 点，即固～液两相线时，冰开始熔化，冰点不变 f * = 0，直到冰全部变成液态水。继续升温，状态点进入液态水的相区又恢复 f * = 1，故可右移升温至 F 点，它位于水的蒸发曲线上，故水开始汽化，沸点不变即 f * = 0，直到液态水全部变成水蒸气。继续升温右移，f * = 1 即进入水的气相区，最后到终点 J 。
表5－2水在各三相点时的温度和压力

相 T（℃） P(kPa)
（Ⅰ）、水、气
水、Ⅰ、Ⅱ
水、Ⅲ、Ⅴ
水、Ⅴ、Ⅵ
水、Ⅵ、Ⅶ
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ +0.0099
-22.0
-17.0
+0.16
+51.6
-34.7
-24.3 0.610
2.073×105
3.459×105
6.252×105
2.195×106
2.127×105
3.440×105

（二）硫的相图
硫有四种不同的聚集状态；固态的正交（或斜方）硫(R)，固态的单斜硫(M)，液态硫(I)和气态硫(g)），分别表明在图5-4硫的相图中。已知单组分体系不能超过三个相，故上述四个相不可同时存在。硫的相图中有四个三相点：B、C、E、O，各点代表的平衡体系如下：

9.33×10-4kPa

6.67×10-3kPa

172.0kPa

3.47×10-3kPa 95.4℃

119.3℃

151.0℃

113.0℃

如图所示，各实线为其相邻两相共存平衡线。可以看出，在室温下斜方硫(R)是稳定的。由于晶体转变是个慢过程，故只能徐缓加热到 95.4℃ 时斜方硫才逐渐转变为单斜硫，一旦加热太快，则可使斜方硫以介稳态平衡到它的熔点(113.0℃)而不必经过单斜硫。95.4℃ 以上单斜硫是稳定的，于 119.3℃ 开始溶解。在 95.4℃ 时两种不同晶型的固体(R 和 M)与硫蒸气平衡共存，此温度称为"转变温度"，因它处于斜方硫和单斜硫熔点以下，故转变可以在任一方向进行，即相转变是可逆的，这种相转变叫做对称异构（双变）现象的同质多晶体转变，简称多晶体中的"互变现象"，但也有许多物质其晶型转变是不可逆的，即只能朝一个方向变化。此类物质的熔点比转变温度低，故在物质未达到转变温度之前就溶解了，这种相转变称之单变现象的同质多晶型转变，例如磷就表现出此类性质。
图中虚线 OB 代表介稳平衡，此即过热斜方硫的蒸气压曲线。若加热太快，题字可超过 95.4℃，沿 BO线上升而不转变为单斜硫。虚线 OE 代表介稳平衡，即过热斜方硫的熔化曲线。虚线 OC 代表 S介稳平衡，即过冷液硫的蒸气压曲线，虚线 BH 代表介稳平衡，即过冷单斜硫的蒸气压曲线。i>D 点为临界点，高于此点温度只有气相存在。
（三）的相图

图5-5(a)为的相图。它与已知的任何其它单组分体系的相图在许多方面都不相同。

首先，在常压下及时温度低到 10-3K，仍保持为液态。目前所知具有这种特性的物质只有 He 。当温度趋于 0K 时，液态在其本身的蒸气压下也不凝结，故不存在气、液、固三相平衡共存的三相点。固态在 2.53MPa 以上才能存在。这个压力比它的临界压力 0.228MPa 高得多，因而固体不可能发生升华。即不存在固、气平衡共存的状态。
的另一特征是存在两种液体，He(I) 是正常液体，He(II) 是超流液体（无粘滞性），它能经过细小到连气都通不过的缝隙从容器中漏出。两液体平衡共存的线称为 λ 线，该线与熔化线的交点 A 是个三相点（1.76K，30.03MPa），此时两液体与固体平衡共存。λ 线与蒸气压线的交点 B 称为 λ 点（2.17K，5.04KPa），在此点两液体与蒸气三相平衡共存。从 A 点沿 λ 线到 B 点，He(I) 与 He(II) 的转变看来是连续相变。因为它的热容随温度的变化曲线具有连续相变的特有的 λ 形状。如图5-5(b)
的相图表明，但 T → 0 时，气－液共存线的斜率，这是热力学第三定律的一个推论。因此，它为热力学第三定律提供了一个很好的例证。
尽管有许多奇特的行为，但它的相图仍遵从相律。它可看成是以两个三相点A，B为中心的两个基本相图组合而成的。图中 C 为临界点（5.20K，0.228MPa），的正常沸点为 4.22K。由图可看出，气能通过适当路径不经相变二过渡到 He(I)，但不能到 He(II) 。

⑵ 蒸发并不是达到沸点之后才开始，那怎么理解物理化学中的相图

纯物质处于固态、液态、气态三个相（态）平衡共存时的状态，叫做该物质的“三相点”。
三相点: 亦称“三态点”。一般指各种稳定的纯物质处于固态、液态、气态三个相（态）平衡共存时的状态，叫做该物质的“三相点”。该点具有确定的温度和压强。

物态叫做“相”，通常物质是以三种形态存在。即固态、液态、气态，也可称为固相、液相、气相。物态的变比常叫做相变。或者说，在某一系统中，具有相同物理性质均匀的部分亦称为相。相与相间必有明显可分的界面。例如，食盐的水溶液是一相，若食盐水浓度大，有食盐晶体，即成为两相。水和食油混合，是两个液相并存，而不能成为一个相。又如水、冰和汽三相共存时，其温度为273.16K（0.01℃），压强为6.106×102帕。由于在三相点物质具有确定的温度，因此用它来作为确定温标的固定点比选汽点和冰点具有优越性，所以三相点这个固定温度适于作为温标的基点，现在都以水的三相点的温度作为确定温标的固定点。

即使不加热，液体上方也有气相生成。生成气相的量多，蒸汽压就大，这是由物质的挥发性决定的，挥发性强，生成气相的量就多，此为挥发或蒸发；蒸汽压的大小与温度有关。如果加热，让他的蒸汽压与外压相等，液体就开始沸腾，沸腾是对应的温度为沸点，所以就有外压大，沸点高；外压小沸点低。在高山上烧水，水不到100度就开了。而高压锅炖肉就省时间和能源，因为里面温度高。

相图的前提：各相平衡；当外压增大时，液体的化学势变大；必然向气象蒸发，达到平衡时，宏观上显示蒸汽压变大。

⑶ 在物理化学（化学工程与工艺专业）学习当中，有关相图的分析及应用，该如何把握O(∩_∩)O~

其实图像分析还是比较容易的，首先看明白这是什么图，是固相部分互溶凝聚系统的相图还是
二组分物系液-固相图等，然后要知道每个拐点所代表的意义，还有每个区间表示的什么，各个交点的意义......其实不难，要是有条件直接给你讲了，打字说不清滴、、、、、

⑷ 物理化学相图基本问题

Wb和x代表组成，wb应该是质量摩尔分数，5是一个固溶体，6就是C(s)和固溶体喽，哈哈，我也要考物化了，一起加油！

⑸ 什么叫相图，它在材料设计与制备中有什么重要作用

狭义相图（Phase diagram），也称相态图、相平衡状态图，是用来表示相平衡系统的组成与一些参数（如温度、压力）之间关系的一种图。它在物理化学、矿物学和材料科学中具有很重要的地位。
广义相图是在给定条件下体系中各相之间建立平衡后热力学变量强度变量的轨迹的集合表达，相图表达的是平衡态，严格说是相平衡图。

⑹ 关于物理化学二相图

所谓最大偏差是指压力最大偏差，就是说相对理想组成的计算结果，压力偏大;
所以相对理想组成的温度计算结果就偏小，为
凹函数
。（理想为直线）

⑺ 二组分系统相图怎么看（《物理化学》）

抛物线内为两相，抛物线外为单相，第八题组成是20℃的横线与抛物线的两个交点，分别为两相的组成，就是b组成0.2和0.8左右
图中看不出沸点

⑻ 物理化学中的相怎么理解

物理化学中相（phase）
指的是体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。体系中相的总数称为相数，用P表示。具体的它有几个定义，什么叫相？相与相之间的关系等等！

⑼ 相图及相关概念

（一）体系与平衡体系

热力学把从整体中孤立出来的研究对象称为体系，体系以外与体系有关的部分称为环境。体系的划分因研究目的的不同而有差别。以火成岩研究为例，如果要研究长石环带的成因，我们就需要把单个的长石环带孤立出来，而在此环带形成之时，与长石平衡共生的熔体以及其他的晶体相都属于环境。但如果要研究岩浆的结晶演化过程，那么整个岩浆房内的岩浆物质都属于体系，整个围岩系统就是环境。

体系的划分有多种方案，按照体系与环境之间物质和能量的交换情况，可划分为封闭体系、开放体系和孤立体系。与外部环境之间只有能量交换而没有物质交换者，属于封闭体系；两者均有交换者称为开放体系；两者均没有交换者称为孤立体系。根据体系内部的热力学平衡状态，又可分为平衡体系和非平衡体系。平衡体系是以其最低能量状态同外加条件相一致的体系，其内部丝毫没有自发地发生变化的趋势。非平衡体系则是指体系正在变化或具有某种变化趋势。一个体系不是处于平衡就是处于非平衡状态。在平衡体系中存在可预见的热力学规律，因此是热力学研究的重点。同样，体系还可以分为稳定体系、亚稳定体系与不稳定体系。稳定体系即平衡体系；亚稳定体系则是看起来处于平衡，但实际体系并未处于最低能量状态。许多致密矿物，如金刚石、蓝晶石、硬玉或柯石英，仅在压力高于1at时才真正稳定。之所以能在亚稳定条件下继续存在，是因为在低温低压下反应速率极其缓慢的缘故。同样地，许多高温下生成的矿物，如透长石或方石英，在室温下是亚稳定的。不稳定体系是指矿物或矿物共生体正在向更稳定的结构状态发生转变的体系。

（二）相律与相图

体系中物理性质和化学性质完全均匀一致的部分称为一种 “相”。相与相间存在界面，可用机械的方法把它们分离。可见，体系中具有确定成分的一种矿物就是一种相，均匀的熔体也是一种相。但若熔体之间不混熔则构成了不同的相。

在一个平衡体系中，平衡共生的相数受系统组成和外界环境变化的控制。相数与系统组分数及自由度数之间的内在关联就是吉布斯相律的内涵。这里的自由度数是指能够独立变化而不改变系统原有相数的变量数。

如果体系内各个相的化学组成可以用C种化学物质来表达，且C是所有可能性方案中数目最小的那种选择，我们称C为最小独立组分数。于是每种相的组成都可以以摩尔分数的形式表达为X₁，X₂，X₃，…，X_c，且∑X_i（i＝1，2，…，C）＝1。下面来分析该体系中的变量数目。体系的外部变量一般设定为2，即只考虑温度和压力变化，适用于封闭系统。体系的内部变量则体现在各个相的化学组成变化上。若体系中存在P个相，那么就存在P（C－1）个独立组分变量，因为每个相中所有组分的摩尔分数和为1，实际上只有C－1个独立摩尔分数能够作为变量。如此可知体系的独立变量数为^2＋P（C－1）。

然而，在平衡体系中各相之间不存在任何物质转移，每一种组分在体系各相（a，b，c，…，p）中的化学势相等。换言之，对于P种相中的任意组分i而言，其在各相中并不能独立变化，而是受P－1个关系式制约。那么，整个体系中可以独立变化的变量数就应该减少C（P－1）。因此，体系的自由度应该是F＝［^2＋P（C－1）］－［C（P－1）］，或者F＝^2＋C－P。

请注意，数字2代表的是变量温度与压力，适用于封闭体系。如果是开放体系，需要考虑到外界物质的带入与带出，此时数字应大于2。另一方面，如果压力（或是温度）确定了，或是恒定不变，那么F＝1＋C－P，如果压力和温度都确定了，那么F＝C－P。

相图也称相态图或相平衡状态图，是用来表示平衡体系中组成、共生相与其他变量（如温度、压力）之间关系的图解。相图一般只能表示两个参数的情况，即压力－温度，压力－成分或温度－成分。三个或多个变量的相图只能在特殊的投影下才能表示出来。在岩石学研究中我们常常借助相图来说明岩石的结晶或反应过程。另一方面，达到了平衡态的矿物组合往往也能反映结晶过程中物理化学条件的变化，因此相图分析是一种非常有用的研究手段。需要说明的是，相图与相律涉及较多的实验岩石学与热力学知识，读者可以参考相关教材和参考书目（例如，周珣若和王方正，1987；周金城和王孝磊，2005；邓晋福，1987；Ernest，1981中文版等）。

（三）一元体系：纯相熔融与同质多象

一元系是指研究对象只有一种纯物质，即独立组分数C＝1。根据相律公式，F＝1－P＋2＝3－P，因此相数最多不超过3，自由度不超过2。这里我们以无挥发分的SiO₂相图为例加以说明。

SiO₂一元系（图5－1）有重要的地质意义。在SiO₂一元系中存在七个相，即SiO₂的六个同质多相变体（α－石英、β－石英、鳞石英、方石英、柯石英、斯石英）和熔体相。每个矿物或熔体的稳定区域称为 “双变域”，在每个双变域内，P＝1，自由度F＝3－1＝2，意味着压力、温度两个变量可以在一定的范围内独立变化而不改变体系的相组成。双变域被“单变线” 隔开，在单变线上两个相邻矿物或熔体与矿物共存。在单变线上，P＝2，自由度F＝3－2＝1。这意味着要保持两个相邻相共存，就只有一个变量可以独立变化。因此温度和压力要保持协变关系，二者之间的关系就是单变线的几何方程。三条单变线或三个双变域交会的点为三相共存的点。该点上，P＝3，C＝1，即F＝0，所以，此点是温度、压力都不能独立变化的 “不变点”。

图5－1 SiO₂一元系相图（据Blatt ＆ Tracy，1996）

石英的同质多象体广泛分布于地壳之中。鳞石英和方石英只会出现在低压高温的火山环境之中。在地壳岩石中要找到高压的柯石英是非常困难的，其主要见于高压－超高压变质带中。另外，在陨石撞击成因的富硅质的岩石中也找到了柯石英和斯石英。前者是因为高压－超高压岩石可能曾经进入到地幔深处，后者则与陨石撞击时产生的瞬时高压有关。当高压－超高压变质的柯石英折返到地壳层次后，会发生不同程度的退变质而转化为石英。

（四）二元体系

二元系有两个独立组分，即C＝2。如果只考虑温度或压力其中之一的影响，则其相律公式为：F＝2－P＋1＝3－P，相数P的变化范围为1～3，自由度F的变化范围为0～2。常见的二元相图类型有低共熔系，一致分解熔融系，液态、固态有限及无限混熔系等。二元系相图判读方便，在分析岩浆结晶过程、矿物共生组合、岩石结构及成因方面有重要意义。本节仅介绍两个较为常用的二元系相图，并说明相图的解读方法。

1.透辉石（Di）－钙长石（An）二元系

透辉石（Di）－钙长石（An）二元体系由鲍文在1915年首次阐述，已经成为经典的二元系相图，可以用来理解玄武质岩浆中斜长石与辉石结晶的简单模型（图5－2）。请注意，在这个二元体系中，二组分的化学表达式与晶体相的化学式完全一致。但在大多数体系中，相的化学式与系统组分的化学表达式是不同的。

图5－2 一个标准大气压下（P＝10⁵Pa）

透辉石－钙长石二元系相图（据Yoder，1976）

为了更深入地理解二元体系，必须熟悉一些特别线条的含义与规则。相图中表示熔融完全结束或者是结晶刚刚开始的曲线称为液相线（liquis）。与之对应，表示熔融刚刚开始或者是结晶完全结束的曲线称为固相线（solis）。垂向的等值线指示体系的化学组成。在图5－2中表示为纵向的线落在90％处，具体的含义是体系由90％的钙长石（An）和10％的透辉石（Di）组成。等温线也叫等热线，在图中是一条水平线。

组成为An ＝90％ 的体系在1400℃下共生的两个相为熔体＋钙长石晶体。此时熔体的化学组分又是多少呢？熔体与晶体的比值又是多少呢？ 回答这两个问题，必须认识到等温线与液相线相交于L点，与右纵轴交于S点，图中分别以空心圆与实心方形表示。介于L点与S点间的线段称为连接线，它将两个稳定共生相通过点线联系起来。点S代表钙长石晶体，点L代表1400℃时与钙长石共生的熔体的组成，作一条过点L的垂向等值线与横轴相交，可得到熔体的组分由62％的钙长石和38％的透辉石组成。

L相与S相的相对比值可运用杠杆法则来确定。具体方法如下：等温连接线上的点S与点L各自代表了1400℃下共生的固态相与液态相。想象这条线是一个置于支点上的机械杠杆，两端分别有S与L。平衡实际上就类似儿童游乐园里的跷跷板，固态相的质量分数S乘以其杠杆臂长y必等于液态相的质量分数L乘以它的杠杆臂长x，即S×y＝L×x。固体相和液体相质量分数之和为100％，即S＋L＝1，得到S×y＝（1－S）×x＝x－S×x或S＝x/（x＋y）。因此，我们测量图5－2中的距离x与y，并且计算出比值为0.72，此比值就是固态相钙长石晶体在1400℃下的质量分数。即晶体占72％，剩下的28％是熔体。注意例子中的成分点与固态相点S的距离较其与液态相点L的距离更近，相应地晶体的比例较熔体而言更高。随着温度的不断下降，晶出的钙长石量不断增加，而剩余的熔体成分不断朝富透辉石组分的方向演化。

当熔体组分演化到E点时，透辉石与钙长石同时晶出，因而被称为共结点。此时体系由钙长石、熔体的两相共生转变为钙长石晶体、透辉石晶体与熔体的三相共生。当P确定时，根据相律F＝1＋C－P＝1＋2－3＝0。这表明共结点E是等压二元图解中唯一的一个不变点。在E点所有变量都必须是确定，即压力P＝1atm，T＝1274℃。此时熔体的成分为XL＝An42Di58。

透辉石－钙长石体系可以看成玄武质岩浆结晶过程的简单模型。含有较多钙长石组分的岩浆在液相线处会首先结晶出钙长石，从完全的液态相变为液态相＋钙长石结晶相。在一段温度范围内，钙长石持续不断地结晶。当温度降低至共结点处时，透辉石也开始晶出。可以料想，这种成分的玄武岩会由高温的钙长石斑晶与细小的含有辉石的基质组成。而如果岩浆更富含透辉石组分的话，玄武岩则可能会由辉石斑晶与含有钙长石的细小基质组成。

2.镁橄榄石（Fo）－SiO₂二元系

该二元系（图5－3）的熔融过程可分为两种情况：不一致熔融与一致熔融。一致熔融是指一种固体熔融后形成一种同成分的液相。不一致熔融则是指某结晶相在温度升高时并不直接熔出成分一致的熔体，而是转变为另一种固相和熔体，后两者与原来的固相成分不一致。结晶过程则恰好相反，随着温度的降低，熔体与一种早期结晶相反应生成一种新的具有不一致熔融性质的晶体。在岩浆冷却过程中，若温度下降得足够快，即在熔体与早期结晶的矿物反应完成之前总体系就已经凝固，这种反应关系就可以被保存下来，可以观察到反应生成的新矿物以反应边的形式环围在早期结晶的矿物相之外。

图5－3 一个标准大气压（P＝10⁵Pa）下镁橄榄石－石英二元系相图（据Bowen ＆ Anderson，1914，修改）

当图5－3a中成分为X的熔体冷却到温度T₁时，纯镁橄榄石开始结晶。随着进一步的冷却，镁橄榄石逐渐析出，使熔体变得更加富SiO₂，直至体系温度下降到T₂到达近结点（或转熔点），此时成分为L₂的熔体和与纯镁橄榄石平衡共存。近结点是固体与熔体间的反应点。在更高温下矿物与熔体可以共存，但在较低温下要发生反应。因此，继续冷却将导致镁橄榄石与富SiO₂熔体发生反应，生成顽火辉石。直至全部熔体耗尽，系统转变为镁橄榄石和顽火辉石共生。如果熔体较顽火辉石略微富SiO₂，如图5－3b中成分为Y的熔体，冷却到温度T₄时镁橄榄石开始晶出。随着温度的逐渐下降，镁橄榄石不断析出，剩余熔体变得越来越富SiO₂，直至体系到达温度T5。在温度为T₅时，与成分为X的熔体演化的情况相同，镁橄榄石与富SiO₂熔体L₂反应形成顽火辉石，如果体系温度能在T₅保持足够的时间，所有的镁橄榄石都将反应殆尽。至T₅的稍下方开始，大量顽火辉石从熔体中结晶，体系进入顽火辉石和熔体共存区。最后温度达到T₆时，体系由顽火辉石和共结点成分的熔体组成。此时SiO₂矿物开始晶出。进一步降温则导致剩余熔体彻底结晶成顽火辉石和SiO₂矿物。

值得注意的是，镁橄榄石先结晶，但不出现于最终矿物中，如果冷却不是在近于平衡的条件下缓慢进行，而是快速进行，以致橄榄石没有足够时间与熔体彻底反应，那么部分反应将在橄榄石颗粒的边部形成顽火辉石环边。这是鲍文反应系列的实例。

其他常用的二元相图包括：透辉石（Di）－钠长石（Ab）系、钠长石（Ab）－SiO₂系、霞石（Ne）－SiO₂系、白榴石（Lc）－SiO₂系、钠长石（Ab）－钙长石（An）系等，它们都包含有具体的岩石学意义，读者可参考有关书目，进行进一步的学习。

图5－4 具有低共熔点的三元立体示意相图（据周珣若和王方正，1987）

（五）三元体系

三元系相图较一元系和二元系相图复杂，判读亦较难。这里仅介绍最简单的具三元低共结点的三元系相图，它的特点是组成体系的各组分在液态时完全混熔，在固态时完全不互熔，也不形成中间化合物，具有一个三元低共结点。

1.立体相图的构成要素及底面投影

图5－4所表示的是一个三面棱柱体状的立体示意相图。底面为一个浓度三角形，由端元组分A、B、C以任意比例组成的体系在此三角形中均可表达为一个成分点。垂直坐标为温度。A′、B′、C′分别代表三端元组分A、B、C的熔点。三个棱面分别代表A－B、B－C、C－A三个二元系，E₁、E²、E³分别为这三个二元系的共结点。如果已知任何不同比例的三元混合物完全熔融到液相时的温度（也即从岩浆中开始析晶的温度），以此温度和对应的体系成分为坐标，在这个三面棱柱体内进行空间投影即可得到三个液相 面也称液相面。在这三个液相面上，开始晶出的固相分别为A、B、C相，因此，称之为A始（首，初）晶面（区）、B始（首，初）晶面（区）、C始（首，初）晶面（区）。

根据熔点降低原理，当二元系中加入第三组分后，低共熔点亦随之降低。随着加入量的增多，低共熔点不断下降。因此，在三元系相图内形成的三个液相面汇集于E′点，即三元低共熔点。三条低共熔曲线E!E′、E!E′、E!E′，就是三个液相面之间的交线。在低共熔曲线上，液相与两个固相相处于平衡，三相共存，自由度F＝3－^3＋1＝1。在三元低共熔点（E′点），组成为E′的液相与A、B、C三个固相处于平衡，四相共存，自由度F＝3－4＋1＝0，三元低共熔点是整个系统存在液相的最低温度点。

由于立体图在使用上比较麻烦，因此经常用在底面等边三角形上的垂直投影图表示三元相系的相图。如图5－4所表示，底面三角形的边分别代表A－B、B－C、C－A三个二元体系，e₁、e₂、e₃分别代表它们的共结点， 别代表液相面 的投影，e₁E、e₂E、e₃E分别代表低共熔线E₁E′、E₂E′、E₃E′的投影，E代表三元低共熔点E′的投影。

图5－5 具三元低共熔点的三元系结晶过程分析示意图（据周珣若和王方正，1987）

投影图上表示温度的方法如下：(1)将一些固定点的温度（如熔点、低共熔点、一致熔融点、分解熔融点等）直接标在图上。(2)低共熔线上的箭头表示温度下降的方向，三角形边上的箭头表示二元体系中液相线温度下降的方向。(3)通过立体图的温度坐标，以一定温度间隔t′₁、t′₂作平行于底面的等温面（图中的扇形面），这些等温面与液相面相交得到等温线（a′₁C′₁，a′₂C′₃…），在底面投影图中t₁、t₂等温线。显然，等温线的疏密反映了液相面的缓陡。

2.结晶过程分析

根据图5－4及图5－5，假设原始岩浆成分点为M点，位于首晶区内，它的开始状态由M′点表示。在降温过程中，由M′点降到液相面上的L₁点，L₁是t₁′等温线a₁′C₁′上的一点，此时，C开始晶出。随着温度的下降，液相线将沿着L₁－L₂－L₃曲线（CC′线与CM线所组成的平面与液相面的交线）移动，即沿投影图上CM连线的延长线MD移动（析出关系）。在此过程中，只有C晶出，自由度F＝3－2＋1＝2，液相中组分C的含量不断改变，而组分A与B的量比保持不变。当温度降到L₃点（投影图中的D点）时，即到达低共熔线E₃E′时，则A亦晶出，此时，C、A、L三相共存，自由度F＝3－3＋1＝1。温度继续下降，液相组成将沿L₃E′曲线（投影图中的DE曲线）方向变化，固相组成将沿CF方向变化。当液相刚刚到达E′点（投影图中的E点）时，固相的总体组成变化到F点，其中C与A的晶出量的比值为AF：FC。在E′点由于B也晶出，所以C、A、B、L四相共存，自由度F＝3－4＋1＝0。在E′点晶出过程中，液相量逐渐减少，但其组成不变。而固相的组成，由于除了C、A之外又有B的晶出，因此，从F点向M点变化，也就是从三角形的边上移到三角形内，直至岩浆全部耗尽，结晶过程全部结束。最后，晶出C、A、B三固相的总体组成。与原始岩浆成分M点一致。

总之，液相组成变化为M→D→E；固相总体组成变化为C→F→M。

在结晶过程中，固与液相之量比如下：

(1)当液相组成刚刚到达D点时，液相：固相（C）＝CM：MD。

(2)当液相组成刚刚到达E点时，液相：固相（C＋A）＝FM：ME，C：A＝AF：FC。