内 容 简 介

本书就矿物岩石体系的理论和实验相平衡方面的基本内容展开讨论，重

点放在介绍当前国外在这一领域中的若干最新理论和定量处理方法。全书共

八章，其主要内容包括：矿物岩石体系热力学平衡的具体计算（尤其是高温

热容关系的介绍，和利用Redlich－Kwong型状态方程对固相－流体相反应作

平衡计算）； 相平衡实验数据的热力学内洽性线性规划分析，并由此获取较

量热结果准确可靠的矿物热力学数据；矿物岩石体系p－Tx、μ－x等类相图

的计算；多相平衡关系的解析表达及其与图形表达的关系；矿物体系相平衡

关系的Schrcinemakers几何分析；矿物共生关系的矩阵投影分析；变质作用

线性回归模型化分析。此外还简要介绍了上述定量处理所必需的热力学基础

知识和有关的数学求解方法。书末附有若干重要造岩矿物热力学性质表。

本书为岩石学、矿床学、矿物学、地球化学、放射性地质学等学科专业

研究生和地质学、矿床地质学、岩石矿物学、地球化学与勘查、铀矿地质勘

查等专业研究生和大学本科高年级学生用教材，并可供这些专业的科技人员

和教师参考。对化学、冶金、钢铁、硅酸盐等专业的科技人员和教师也有一

定参考价值。

目 录

序言

第一章 热力学基本定律

1.1热力学第零定律与温度

1.2内能、焓与热力学第一定律数学表达式

1.3热容

1.4状态函数U、H、Cp、Cv与变量T、p、V

的关系

1.5热力学第二定律与熵

1.6熵与温度、压力、体积的关系

1.7气体的熵变与固态溶液理想构型熵的求算

1.8相变熵、化学反应熵变的计算与热力学第

三定律

第二章 GIBBS自由能与平衡

2.1Gibbs自由能

2.2偏摩尔量与化学位

2.3理想气体的化学位

2.4逸度

2.5实际气体混合物中组分B的化学位及其逸度

2.6非电解质溶液中组分的化学位与活度

2.7活度与标准状态选取

2.8活度与压力、温度和组成的关系

2.9压力和温度对平衡常数的影响

第三章 矿物体系相平衡实验研究手段与方法

3.1原始试料

3.2热电偶温度测量

3.3相平衡实验研究设备

3.4压力下流体相组分逸度的缓冲控制

3.5矿物反应平衡的实验确定

3.6温度和压力测量的不确定度

第四章 简单矿物体系热力学分析与矿物热力学数

据的获得

4.1矿物化学反应体系Gibbs自由能变化与p、

T的关系

4.2体积积分项∫△rVdp之求算

4.3热容积分项的求算

4.4脱水反应和脱碳反应平衡的简化计算

4.5用Redlich－KWong状态方程求算流体相的

体积积分项

4.6矿物反应体系的标准焓变和熵变

4.7相平衡实验数据的热力学内洽性线性规划

分析与矿物热力学数据的获得

4.8羟－透闪石热力学分解平衡实验研究

第五章 矿物相图热力学

5.1相律

5.2多相平衡体系的热力学关系

5.3单元体系G－p、G－T图与p－T图

5.4二元体系G－X图与T－x图

5.5代数平衡关系

5.6临界混合固溶体体系的旋节分离作用

5.7等温等压lgai一lgai图和μi—μi图

5.8矿物体系p－T－x相图的计算

5.9挥发性组分压力不等于总压条件下压力对

平衡的影响

第六章 多相平衡关系解析表达

6.1均相平衡体系强度变量间的关系——ibbs

－Duhem 方程

6.2Gibbs－Duhem方程对多相平衡的应用

6.3组成变化的影响

6.4相组分与多相平衡

6.5应用实例

第七章 多相平衡关系的Schreinemakers几何分析法

7.1Schreinemakers方法的意义

7.2组合公式与体系中的相组合数目

7.3Schreinemakers法则

7.4Schreinemakers分析步骤

7.5Schreinemakers定理与Le Chatelier原理

间的关系

7.6简并体系

7.7Schreinemakers方法应用实例

第八章 矿物共生关系及变质作用的矩阵代数分析

8.1矿物共生分析

8.2矿物组成向量空间与坐标变换

8.3矿物共生分析

8.4矩阵投影分析

8.5组分简并关系及其确定

8.6“额外”组分的处理

8.7线性回归模型化法和线性规划法在变质作

用分析中的应用

附录

1.常数表、若干元素的摩尔质量、换算因子

2.若干常用数学关系

3二分逼近法计算平衡p－T曲线电算子程序参

考框图

4.相平衡实验数据热力学内洽性线性规划分析

电算子程序参考框图

5.斜率方程求积

6.Redlich－KWong状态方程解及其电算子程序

参考框图

7.矩阵方程A.X＝Y的求解

8.线性代数在配平化学反应方程式方面的应用

9.X＝（ATA）－1ATY关系的求证

10.I.298.15K、100kPa条件下、与溶解度实验和

高温高压相平衡实验结果洽合的矿物热力学

参数

Ⅱ.298.15K、100kPa条件下若干矿物和气体

的量热数据

习题

习题一

习题二

习题三

习题四

习题五

主要参考文献

第一章 热力学基本定律

1.1热力学第零定律与温度

1.热力学第零定律

经验表明，如果一个“热”的体系与一个“冷”的体系相互

接触或通过导热极好的介质相互作用而发生热交换，并使其与环

境隔离，如图1－1所示，则这两个体系的性质将发生变化。但经

过相当时间后，它们的各种性质都不会再变化，或者说它们的状

态不再发生变化。此时，我们就说这两个子体系处于热平衡，或

者说整个体系（A＋B）处于内部热平衡。

经验还表明：“当与环境隔离的两个体系分别与第三个体系

处于热平衡时，这两个体系彼此间也处于热平衡。”此即热力学

第零定律之一般表述。

根据热力学第零定律很容易证明任何体系均存在这样一种强

度性质：它是状态函数，且当两个或多个体系处于热平衡时，所

有体系的这一性质都具有同一数值。这一强度性质叫做温度。

所以，热平衡的宏观表现就是体系各部分的温度相同。反

之，若体系各部分的温度相同，就说该体系处于内部热平衡。

须指出的是，热力学第零定律仅涉及体系内部的热平衡，别

无其它。因此，在满足此定律要求的条件下，并不排斥其它非平

衡关系的存在。譬如，一块铁可以与它的环境处于热平衡而满足

热力学第零定律要求，但它同时还可以发生锈蚀（即发生化学变

化）。

2.温度与温度测量

已经指出，温度是体系的性质，是状态函数。若以θ代表温

度，则有：即温度函数的微分是全微分。

在科学实验中，常常需要精确测量温度。精确测量温度更是

实验相平衡研究中最重要的例行工作之一。为要测量温度，需有

温标。为此，可以选择一种测温物质，这种物质的某种性质须是

温度的单调函数且其重现性极好。其次，确定这种性质与温度间

的函数关系。最后，根据一组在实验上具极好重现性的现象（如

纯物质熔融或沸腾）来定义温度。