相圖與相平衡
組元(component)
當你描述一份食譜時,你只列出真正加進去的東西:麵粉、糖、水。你不會分別列出碳、氫、氧,雖然那些原子就在麵粉裡。組元就是把這個想法精確化用在相圖上。它是你要寫出系統中每一個相的組成時,所需最少數目的、彼此獨立的化學基本單元之一。
訣竅在最少且獨立。在氧化鎂-氧化鋁系統中,我們把兩個組元叫做 MgO 與 Al2O3,而不是三個元素 Mg、Al、O,因為一旦你定下有多少 MgO、多少 Al2O3,氧就已經被算進去了——它藏在氧化物裡一起被帶進來。所以這是二組元(二元)系統。純水是一個組元(H2O),即使它以冰、液體與蒸氣的形式存在。組元數目記作 C,是吉布斯相律的兩個輸入之一;它決定系統真正有幾個組成旋鈕。
對陶瓷工作者而言,天然的組元幾乎總是氧化物——MgO、Al2O3、SiO2、CaO、ZrO2——因為陶瓷粉末以氧化物配料、反應也以氧化物寫出。選對組元能讓相圖盡量小:水泥、玻璃與爐渣那個龐大又極重要的 CaO-Al2O3-SiO2 世界,是一個三組元(三元)系統,因此它的整片地貌能裝進一張三角地圖,而不必把每個元素放到各自的軸上追蹤。
用氧化鎂與氧化鋁粉末配製尖晶石坯體。雖然有三個元素(Mg、Al、O),你只需要兩個數字——MgO 的比例與 Al2O3 的比例——就能指定任何混合物,因為氧被固定在氧化物裡。所以 C = 2,整個系統就住在一張二元相圖上。
組元是能確定每一種組成的最少獨立化學物;對陶瓷而言通常就是氧化物。
組元是被算出來的,不是隨意挑的:它們是仍能描述每一個相的最小集合。別把組元(像 SiO2 這種記帳用的物種)和相(像白矽石這種實際存在的物質區域)搞混——單一組元可以以好幾個相出現。
又稱
另見