在水和二氧化碳的单组份系统相图中，固液平衡线斜率皆为负值，说明当压力增高时冰的熔

水的相图中液固线斜率为什么是负的

因为水是特殊的,即固态时体积反而大于液态.根据平衡移动原理,增加压力有利于生成体积较小的水.在相图上反映为随着压力（纵轴）增大冰的熔点会降低

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 -

热力学 思考题 有人说只要用对喷管就能提高气流速度，这种说法对吗，为什么

第一章基本概念与定义1．答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定2．答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地

Qtz-Ab-Or系统的模拟实验

Qtz-Ab-Or系统比较接近Qtz、Ab、Or标准矿物的量超过80%的大多数天然花岗岩。这里主要讨论封闭系统的实验结果，封闭系统熔化过程中得到的平衡熔体成分可以为了解酸性岩浆结晶过程提供有用信息（Johannes et al.，1996）。

1.Qtz-Ab-Or系统固相线

压力0～20kbar、水饱和条件下Qtz-Ab-Or-H₂O系统的固相线如图7-32所示。当压力从1bar增加到1kbar时，水饱和的固相线温度差不多降低250℃；当压力进一步增加，水压对固相线温度的影响连续降低；在4kbar压力以上时，固相线变得很陡。大约在17kbar压力、620℃时交切“钠长石=硬玉+石英”转化线。在这个交点上，固相线的斜率由正变为负，这是因为密度大的硬玉形成所致。Tuttle and Bowen（1958）和Luth（1964）早就发现，如果存在游离水，在温度低达630℃时，中下地壳长英质岩石的部分熔化就能形成水饱和的花岗质熔体。某些混合岩中的浅色脉体可能就是这样的熔体。这些熔体没有（也不可能）上升到地壳的浅处，而是在原地就结晶。图7-32中，<4kbar压力的固相线是长石中Ab/Or比处于或接近最低点的成分时长英质集合体发生水饱和熔融的p-t边界，假如长石的成分不同，固相线温度可以明显大于图7-32中所表达的温度。压力在4kbar之上时，由于出现两种长石的低共熔，即使长石的成分变化幅度大，固相线温度将没有大的变化（Johannes et al.，1996）。

图7-32 Qtz-Ab-Or-H₂O系统中H₂O饱和熔化的压力-温度图解

2.水饱和Qtz-Ab-Or系统的最低点

水饱和Qtz-Ab-Or系统的最低点或低共熔点上初始熔体的成分列于表7-3中，在图7-32的插图中也表示出来。最低点或低共熔点上初始熔体的成分主要靠液相线实验测定，与Qtz∶Ab∶Or比及水含量有关的初始熔体的成分沿着固相线发生变化。在1～5kbar压力区间，熔体中Ab组分随着水压的增加，Qtz与Or的减少而增加，在5～20kbar压力区间，主要随水压的增加，Qtz的减少而增加。熔体中水含量随压力增加而增加，但在低压下比高压下的增加更明显。从1～2kbar，水含量从3.7%增加到5.8%；但在5～10kbar，水含量从9.9%增加到16%。压力与水含量制约了初始熔体的Qtz∶Ab∶Or比（Johannes et al.，1996）。在以前，天然花岗岩和混合岩的Qtz∶Ab∶Or标准矿物成分比经常用来与Qtz-Ab-Or-H₂O系统中人工花岗岩最低点及低共熔点的成分相比较，以获得有关花岗岩的成因信息。例如，如果岩石的Qtz∶Ab∶Or标准矿物成分比接近人工花岗岩最低点及低共熔点的成分比，就认为是岩浆成因的；如果与人工花岗岩最低点及低共熔点的成分有偏离，那就认为不是岩浆成因的。这种解释不尽合理，因为岩浆花岗岩的Qtz∶Ab∶Or可以有大范围的变化。在压力超过20kbar时，人工花岗岩的初始熔体中标准矿物Qtz可以很低，在较大的深度上部分熔化产生的熔体不是花岗质的而是正长岩或石英正长岩成分。最低点的成分代表熔化开始、熔化程度很低时获得的初始熔体的成分。如果部分熔化的程度增加，形成的熔体成分就会偏离最低点的成分，不等于这些熔体就不是岩浆成因的（Johannes et al.，1996）。

表7-3 Qtz-Ab-Or-H₂O系统中最低点、低共熔点温度和成分

3.Qtz-Ab-Or系统中干的熔化

研究表明，在中、下地壳，在岩浆岩形成和演化过程中水不饱和的状况是普遍存在的，在花岗岩形成中，水饱和则是比较例外的。因而人工花岗岩Qtz-Ab-Or系统在水不饱和条件下的相关系必须确定。水不饱和熔化的极限是水饱和固相线及干条件下的固相线。0～40kbar压力下水饱和及干系统中的固相线见图7-33。花岗岩干熔化曲线的斜率（dp/dt）都是正的，温度增加速率平均为10℃/1kbar。在25kbar以上，干的花岗岩固相线变陡，结束于31kbar/1230℃时，在这里它与碱性长石的稳定线（Akfs=Jd+Kfs+Qtz）交切。

图7-33 Qtz-Ab-Or系统中0～40kbar压力下水饱和及干条件下固相线的温度-压力图解

从图7-33看出，随着压力加大，两种固相线的温度差加大。在6kbar压力以上，温差为400℃，随压力加大则进一步增加。只要存在少量的游离水，就能使H₂O饱和固相线上的熔化开始，但在贫H₂O系统中，如温度在H₂O饱和固相线上或在固相线上几度，熔化形成的熔体的量是很少的。当接近干的固相线时，要达到完全熔化需要很高的温度。利用各种水含量的液相线p-t曲线可以精确估计部分熔化过程中水含量与温度的关系，以及在给定条件下形成的熔体的比例（Johannes et al.，1996）。

4.Qtz-Ab与Qtz-Or亚系统

了解与Qtz-Ab-Or系统有关的二元系的实验结果，有利于了解多组分的花岗岩复杂系统，并能对人工花岗岩系统的液相面提供制约。在构成Qtz-Ab-Or三元系的三个二元系中，Ab-Or如第二章所述为“有限固溶体二元系”，Qtz-Ab与Qtz-Or都为二元共结系。Qtz-Ab与Qtz-Or二元系干的及水饱和的固相线如图7-34所示，Qtz-Ab与Qtz-Or两条水饱和固相线的温度差随压力加大而加大，在10kbar时，大于50℃。硅酸盐系统固相线温度的降低与硅酸盐熔体中水的溶解量有关，例如高压下，富Ab熔体中水的溶解度比富Or熔体大，H₂O和较小的Na⁺离子之间的亲和力要大于H₂O和K⁺离子之间的亲和力。Qtz-Ab与Qtz-Or系统中H₂O的溶解度的差别对Qtz-Ab-Or三元系中与有关的最低点的成分的变化起了重要制约作用。Qtz-Ab、Qtz-Or二元系中共结点的压力-成分关系见图7-35。在干的条件下，随着压力增加，Qtz-Or系统更富Or（图7-35中a），Qtz则减少，但在H₂O饱和条件下，在压力大于2kbar时Qtz/Or比值实际上是不变的（图7-35中b）。在干的Qtz-Ab系统中，共结点熔体的Ab成分随压力增大有明显增加（图7-35中c）。在H₂O饱和的Qtz-Ab系统中，p-x斜率更陡。在高压下，共结点熔体成分中的Ab的增加不明显（图7-35d）。图7-35 表明，压力对干条件下的共结点成分有明显影响，在干的Qtz-Ab系统中尤其明显。水的加入减少了压力对共结点成分的影响。水的这种抵消作用在Qtz-Ab系统中更明显。Pichavant等（1992）对Qtz-Or、Qtz-Ab系统在2 kbar和5 kbar压力、=1～0.5 条件下测定它们的共结点温度。在这两系统中水对共结点成分的影响是不大的，但从0.5增加到1时，液相线温度则明显降低。在Qtz-Or系统中降低85℃，在 Qtz-Ab 系统中降低120℃。前已述及，H₂O在Qtz-Ab系统中的溶解度大于在Qtz-Or系统中的溶解度，分别为0.5 和1 时，H₂O的溶解度的差别在Qtz-Or系统中为2.5%H₂O，在Qtz-Ab系统中为3.1%H₂O。外加1%的H₂O进熔体，其共结点温度在Qtz-Ab系统中降低39℃，在Qtz-Or系统中降低34℃。这表明，H₂O对富Ab组分的影响比富Or组分的影响更明显。这两个二元系统信息的重要在于，它们的两个共结点为Qtz-Ab-Or三元系中石英-碱性长石的边界曲线所连接。两个共结点的差别使得当压力增加时，在富Ab花岗岩系统中，石英-碱性长石的边界曲线将有明显移动，而在富Or花岗岩系统中石英-碱性长石的边界曲线的移动不明显，至少在地壳范围内是这样（图7-32）（Johannes et al.，1996）。

图7-34 Qtz-Ab、Qtz-Or系统干的及水饱和的固相线

图7-35 Qtz-Ab、Qtz-Or系统干的及水饱和的共结点的压力-成分图解

5.Qtz-Ab-Or-H₂O-CO₂系统的固相线

上面已提到不同的对Qtz-Ab、Qtz-Or亚系统液相线温度及熔体中水的溶解度的影响。地壳中完全干的条件是很少出现的，多少都含有一定量的水，当外界有流体组分加入时，H₂O则为其他挥发分如CO₂、CH₄、N₂等所稀释，这会使体系中降低。CO₂是重要的天然挥发分，当温度在1000℃以下，压力在15 kbar以下时，CO₂不溶或很少溶解在含水硅酸盐熔体中，因为它在长英质熔体中溶解度很小。在地壳的温度、压力条件下，纯CO₂对石英-碱性长石集合体固相线温度的影响是有限的，对于花岗岩的溶解和相关系没有明显影响，因此可以用来降低蒸汽相中H₂O的活度。当Qtz-Ab-Or-H₂O系统中有CO₂加入，Qtz-Ab-Or-H₂O-CO₂系统的固相线则为所制约（图7-36）。从图7-36可以看出，在体系中高时，随着的降低，固相线温度的增加是不明显的；在低时，的降低导致的固相线温度的增加则较明显。在固定的p、t条件下，与H₂O-CO₂并存的石英-碱性长石-熔体的最低点或共结点的成分与体系中H₂O的活度是相互制约的（表7-4）。只要所有的相（石英，碱性长石，熔体，H₂O-CO₂流体）都存在，图7-36中每条曲线表达的就是固定的。假如有CO₂或H₂O从外部加入，就破坏了体系的平衡，将发生反应。假如有限量的CO₂加入，熔体将部分地结晶，释放H₂O进入流体相，直到流体与熔体中的达到平衡。假如有H₂O进入该系统，石英与碱性长石将熔化，以消耗熔体中的H₂O（Johannes et al.，1996）。

图7-36 在给定的下Qtz-Or-Ab-H₂O-CO₂系统中固相线（实线）及不同水含量的液相线（虚线）

表7-4 在给定的下Qtz-Or-Ab-H₂O-CO₂系统中开始熔化的温度（℃）

6.液相线相关系

对模拟系统及天然花岗岩进行液相线相关系的研究可以对花岗岩的成因获得有用的信息，这种液相线关系表现在不同、不同压力的Qtz-Or-Ab的三元图上。图7-37、图7-38分别是2 kbar和10 kbar压力下H₂O饱和条件下的液相线相关系图解，两个等压平衡图（省略了5 kbar压力的液相线相关系图解）的等温线表明，石英的液相面较陡，碱性长石的液相面较平缓。通过两个等压平衡图的比较可以看出，随着压力加大，石英的初晶区扩大，碱性长石的初晶区缩小。等压液相面的倾斜、最低点（共结点）成分随压力增减发生的变化在图7-39中的t-x断面上更明晰地表达出来。图7-39 中每个压力下的t-x断面可以从相应压力下水饱和的Qtz-Or-Ab相图中得到，在Qtz-Or-Ab面上从Qtz角顶出发，经过该压力下的最低点，延伸到碱性长石的Ab-Or底边，就构成了图7-39中的t-x断面。从图7-39 可以看出，在H₂O饱和的花岗质岩浆中，随着压力的加大，最低点（＞3.5kbar是为共结点）的平衡温度逐渐降低。Winkler（1979）根据这一点认为，H₂O饱和的花岗质岩浆如果温度不明显高于最低点（共结点）的温度就不可能上升到地壳内高的层位。图7-39表明，压力的释放使液相线温度升高，直接的结果是导致互花岗岩浆的快速结晶，正如细晶岩的形成所表明的那样。这样H₂O饱和的花岗质岩浆就无法上升到更高的位置。另外，图7-39也表明，三元最低点（共结点）熔体的成分含Qtz＜40%，因而从人工花岗质熔体中不可能结晶出富SiO₂的、Qtz标准矿物大于40%的花岗岩。某些花岗岩中Qtz含量高是因为含石英残留晶，或者是因为外来组分的加入导致长英质熔体中SiO₂的溶解度高的缘故（Johannes et al.，1996）。

图7-37 Qtz-Or-Ab-H₂O系统2kbar和为1时液相线相关系的等压平衡图

图7-40 是2 kbar、为0.5 时的液相线关系图解，与=1 的液相线关系（图7-37、图7-38）是明显不同的，在这样的系统中由于外来挥发分的加入（如 CO₂），H₂O的活度的降低，熔体中H₂O的含量减少，造成液相面温度的上升，这种效应在接近Qtz-Ab的成分中比接近Qtz-Or的成分更明显，这与图7-35 所表达的是一致的。随着的减小，在石英和长石的初晶区液相线温度都增加，（对比图7-37 和图7-40）。从Qtz的含量看，减小后同结线的位置并没有明显的位移。尤其是，随着的减小，2 kbar的三元液相面出现在较高的温度上，向Qtz-Or二元系统倾斜。这就解释了最低点（共结点）的成分移向Qtz-Or边的原因（图7-41）。这些资料对解释地壳中形成的岩浆的成分、原岩部分熔化的程度及岩浆中的分离结晶过程有重要作用。Qtz-Or-Ab系统在一定压力下的H₂O饱和与不饱和实验的结果使我们可以了解压力和水的活度对液相线相关系的影响。如果只有H₂O饱和条件下的资料不可能做到这一点，因为在H₂O饱和系统中压力与熔体的水含量是同时变化的。了解了压力、H₂O活度、最低点熔体的成分及温度之间的关系可以建立液相线p-t边界曲线（Johannes et al.，1996）。

图7-38 Qtz-Or-Ab-H₂O系统10kbar和为1时液相线相关系的等压平衡图

图7-39 石英和碱性长石液相面上2、5、10kbar压力等压切面的温度-成分图解

7.H₂O不饱和的熔体的成分

因为花岗质熔体通常是H₂O不饱和的，因而有必要了解熔体的成分信息。花岗质岩浆的水活度、水含量、晶体/熔体比、总成分在上升过程中会发生变化，给定压力、温度、水活度条件下最低点成分的信息有助于说明上升花岗岩浆的演化。1～10kbar压力下水饱和与不饱和初始熔体的成分资料汇集于图7-41。除了表明了共结点、同结点的成分外该图还表明了两个趋势：①随着压力增加，最低点熔体中碱性长石组分增加，Qtz减少；②在压力不变时，随着的减小，最低点熔体中Or组分增加，Ab组分减少。第二种趋势在高压下尤其明显。在这样的实验中，初始材料里石英的含量是不变的，只改变Or/Ab比和H₂O/CO₂比，在给定压力、水活度和Or/Ab比时可测定固相线温度。5 kbar时的实验结果见图7-42，进一步证实上述趋势的变化。

大多数花岗质岩浆是水不饱和的，因而能上升到地壳较高的部位。在这样的岩浆中，与石英、碱性长石共存的熔体成分的系统变化是可以预测的。假定含有残留石英和碱性长石的人工花岗质岩浆形成于10 kbar、850℃，岩浆的差不多为0.3（图7-36），在图7-41中为10kbar压力时的方块（0.3）所表明，在上升过程中熔体可以冷却和部分结晶，最终在H₂O饱和固相线上的2 kbar、680℃处固结。2 kbar时结晶的最终熔体的成分在该图中以黑的小圆点表达。从初始成分（10 kbar时，=0.3）向最终成分（2 kbar时，=1.0）演化过程中碱性长石将结晶。最终熔体的Ab/（Qtz+Or）比值与初始熔体的Ab/（Qtz+Or）比值几乎相同。Qtz的标准矿物含量百分比从22 增加到35（Johannes et al.，1996）。

图7-40 Qtz-Or-Ab-H₂O-CO₂系统在2kbar、=0.5时液相线相关系的等压平衡图解

图7-41 在1，2，5，10 kbar压力、H₂O饱和与不饱和条件下，Qtz-Or-Ab系统中共结点和最低点的成分

温度为273k，压力为100千帕下液态水的化学势小于固态水的化学势，为什么

可以从克拉伯龙方程出发，在水的单组分相图中水与冰的平衡线的斜率是小于0的,又因为273k冰的凝固点压力远小于100kpa,从而升高压力，冰的凝固点降低，从而在该温度下，冰有融化成水的趋势，所以该条件下冰的化学势大于水的化学势. 同样可以根据勒夏特列平衡移动原理，升高压强平衡向体积减小的方向移动，从而可以同样得到以上结论。