橄榄石—石英组合不稳定性的热力学计算

矿物学和岩石学的实际观察表明，在各种产状的岩石中都不存在橄榄石—石英的稳定共生组合。这种现象已从热力学相平衡计算得到了解释。虽然橄榄石通常是镁橄榄石（Mg₂SiO₄）和铁橄榄石（Fe₂SiO₄）两种端元成分构成的连续固溶体，但是为了使处理问题简单起见，本例中暂且以纯镁橄榄石端元代表泛指的橄榄石。
    实验岩石学早已获得在常压下Mg₂SiO₄-SiO₂的二元系相图。实际上它是MgO-SiO₂二元系相图的一部分。相图中 Mg₂SiO₄－SiO₂是典型的异成分熔融型的。在 Mg₂SiO₄和 SiO₂之间存在着组成为 MgSiO₃的顽火辉石相。它在1557℃（即B点——转熔点）发生异成分熔融，生成镁橄榄石和液相，其逆向反应为降温过程中镁橄榄石与液相反应生成顽火辉石，在顽火辉石和石英之间存在低共熔点（A 点）。由相图表明在此体系中可能的稳定共生组合是镁橄榄石与顽火辉石；顽火辉石与石英；而镁橄榄石与石英的共生组合是不能稳定存在的。下面从热力学相平衡计算解释上述现象。
     镁橄榄石与石英不能稳定共生可以表示为下列反应式，Mg₂SiO₄＋SiO₂=2MgSiO₃如果我们能够证明，在三种矿物相各自都能稳定存在的温度—压力范围内，该反应的自由能均小于零，就意味着在该温压范围内，式反应均自发地向右进行。亦即证明了镁橄榄石和石英的组合是不稳定的，它们将发生反应形成顽火辉石。式中的三个矿物相若都是组成不变的纯相，该反应的反应自由能△Gr（T，p）为，
       于零，因为p永远大于等于 1。表明压力增大有利于式反应自发地向右进行，亦即压力增大不利于镁橄榄石和石英的稳定共生表中矿物相的标准生成自由能数据代入下式计算反应自由能，
     反应都是自发地向右进行的。总之在有意义的温度—压力范围内，镁橄榄石和石英是不能稳定共生的。
     本例中为了计算方便起见，直接采用了数据手册中给出的不同温度下矿物相的标准生成自由能数据，实际上也可以由矿物相的焓、熵和热容等数据，根据热力学关系式，计算不同温度条件下的标准生成自由能，然后再计算反应自由能，结果是一致的。有兴趣的读者可以查阅有关手册所列数据自行计算。