什麼是正規溶液
混合熵與理想溶液相同、混合焓取為 Ωx(1 − x) 的溶液模型。Ω為正時，低溫下會出現互溶間隙。
日文名稱: 正則溶液
「正規溶液」出現在1領域的1道練習題中（材料熱力學等）。
這個名詞所屬的領域: 材料熱力學
模型的概念
正規溶液是假設原子隨機混合，使混合熵與理想溶液相同，只加上異種原子間鍵結造成之混合焓的模型。1929年由Hildebrand命名。只考慮最近鄰原子間的鍵結時，交互作用參數為 Ω = zN_A[ε_AB − (ε_AA + ε_BB)/2]，z為最近鄰原子數，ε為各鍵的能量。異種鍵比同種鍵的平均弱時 Ω 為正，同種原子傾向聚集。較強時 Ω 為負，顯示異種原子相鄰的有序化傾向。
活性係數與互溶間隙
在正規溶液中，成分A的活性係數以 RT ln γ_A = Ω x_B² 表示。例如 Ω = 10 kJ/mol、1000 K 時，x_B = 0.5 下 γ_A ≈ 1.35，A極稀的極限下 γ_A ≈ 3.33，活性比理想溶液大。Ω為正且溫度夠低時，會出現互溶間隙。頂點的臨界溫度為 Tc = Ω/(2R)。在 T = 0.8Tc 時，共存2相的組成為 x ≈ 0.145 與 0.855，離相線的組成為 x ≈ 0.276 與 0.724。
模型的限制
正規溶液在有交互作用卻假設原子隨機混合這點上，是自相矛盾的近似。Ω的絕對值比 RT 大時，實際上會形成同種或異種原子聚集的短程有序，混合熵比理想溶液小。此外，實際合金中Ω隨溫度與組成改變，互溶間隙常不左右對稱。因此更精密時，會使用擬化學近似，或使用把Ω擴展為組成多項式的次正規溶液式。即使如此，能以1個數值看出相分離或有序化傾向，正是此模型的價值。
與CALPHAD及實驗數據的關聯
CALPHAD法以 x_A x_B Σ L_k (x_A − x_B)^k 形式的Redlich-Kister多項式表示溶液相的過剩吉布斯自由能，第一項 L₀ 相當於正規溶液的Ω。Ω可由混合熱的熱量測定、以蒸氣壓或電動勢量測活性、互溶間隙的形狀等求得。也有由經驗方法或第一原理計算求得的鍵結能量來估計Ω的情形。像Fe-Cr系這樣固溶體中有互溶間隙的系統，可用正規溶液的概念大致估計發生相分離的溫度與組成範圍。
練習正規溶液的題目
正規溶液模型把混合焓取為 ΔH_mix = Ωx(1 − x)（Ω為不隨溫度改變的交互作用參數），混合熵與理想溶液相同。Ω = +20 kJ/mol 時，固溶體分離成2相的區域（互溶間隙）消失的臨界溫度 Tc = Ω/(2R) 最接近下列何者？氣體常數取8.314 J/(mol·K)。
- A約601 K
- B約2406 K
- C約1203 K
查看答案與解析
正確答案：C. 約1203 K
Tc = Ω/(2R) = 20000/(2 × 8.314) ≈ 1203 K。此式是由ΔG_mix的2階導數 −2Ω + RT/[x(1 − x)] 在對稱組成 x = 0.5 處等於0的溫度求得。低於Tc時，ΔG_mix曲線的中央變成上凸而出現2個極小值，分成組成不同的2相時自由能較低。高於Tc時混合熵的貢獻佔優勢，在所有組成都成為1相的固溶體。約601 K 是分母取4R的值，約2406 K 是分母取R的值。若Ω為負（異種原子互相吸引），不會形成互溶間隙，而表示有序化或形成化合物的傾向。
常見問題
正規溶液與理想溶液有何不同？
理想溶液是混合焓為0、只靠混合熵而混合的溶液。正規溶液是把混合熵取為與理想溶液相同，再加上混合焓 Ωx(1 − x) 者。Ω = 0 時，正規溶液與理想溶液一致。
Ω為負時會怎樣？
異種原子互相吸引，因此混合焓為負，在任何溫度都不會形成互溶間隙。活性係數小於1，活性比理想溶液低。Ω負值大的系統，實際上容易形成有序晶格或介金屬化合物，隨機混合的假設就不再適用。
正規溶液的互溶間隙是什麼形狀？
混合焓以 x(1 − x) 的形式對組成對稱，因此間隙也以 x = 0.5 為中心左右對稱，頂點在 x = 0.5、T = Ω/(2R)。實際合金的間隙常不對稱，此時以使Ω隨組成改變的式子表示。