7NEBO-NN ru
» » 3. диаграмма состояния веществ

3. диаграмма состояния веществ

Раздел : Финансы

Клапейрона - Клаузиуса уравнение. Все три кривые моновариантных фазовых равновесий сходятся в тройной точке А, отвечающей параметрам состояния, при которых находятся в нонвариантном равновесии три фазы. Диаграмма состояния усложняется, если вещество в твердом состоянии может существовать в различных кристаллических модификациях. Каждой модификации отвечает свое фазовое поле.



состояния веществ диаграмма 3


Линии моновариантных равновесий, разграничивающие эти поля, называют кривыми превращений. Двойные системы Состояние двойной системы определяется тремя независимыми параметрами - Т, р и содержанием х одного из компонентов, поэтому диаграмма состояния такой системы трехмерна. Обычно принимают постоянными Т или р и рассматривают соответствующие плоские сечения диаграммы состояния, называемые соответственно изотермическими р — х или изобарными Т — х диаграммами состояния.

В конденсированных системах роль давления сравнительно невелика и в качестве параметров состояния обычно выбирают Т и состав концентрацию одного из компонентов. Диаграммы плавкости Такие диаграммы состояния служат для установления условий равновесия между твердыми и жидкими фазами. Рассмотрим их основные типы. Простейший вариант соответствует случаю, когда компоненты А и В образуют одну жидкую фазу расплав или раствор , при охлаждении которой только выделяются кристаллизуются индивидуальные вещества не образуются ни твердые растворы, ни химические соединения.

Диаграмма плавкости двойной системы, компоненты которой А и В не образуют твердых растворов. На диаграмме состояния рис. Линия, изображающая зависимость от состава температуры окончания равновесной кристаллизации при охлаждении или начала плавления при нагревании , называется линией солидуса. Происходящие в системе фазовые изменения описываются следующим образом.


Справочник химика 21

При охлаждении жидкой фазы, например, из начального состояния С, фигуративная точка системы в целом движется вниз вдоль прямой CG. В точке ее пересечения с линией ликвидуса начинается кристаллизация компонента В, система становится двухфазной и дивариантной или, поскольку давление фиксировано, условно моновариантной. По мере кристаллизации В жидкость обогащается компонентом А, ее состав изменяется по ветви ликвидуса и по достижении системой состояния, изображаемого, например, фигуративной точкой D, жидкой и твердой фазам соответствуют фигуративные точки О и Q.

Прямые, соединяющие фигуративные точки двух находящихся в равновесии фаз, называются нодами или коннодами ; горизонтальные ноды, подобные OQ, можно провести через любые точки фазовых полей, отвечающих гетерогенным состояниям системы.

При выражении состава в массовых молярных долях отношение отрезков OD и DQ пропорционально отношению масс чисел молей твердой и жидкой фаз так называемое правило рычага. Оно позволяет рассчитать по диаграмме состояния относительные количества фаз при любой температуре, чтобы, например, определить полноту кристаллизации или степень извлечения данного компонента из жидкой фазы в твердую.



диаграмма веществ 3. состояния


В точке F пересечения прямой CG с линией солидуса начинается кристаллизация компонента А. Система становится трехфазной жидкость и две твердые фазы А и В и моновариантной условно нонвариантной , то есть при постоянном давлении совместная кристаллизация двух твердых фаз так называемая эвтектическая кристаллизация протекает при постоянных температуре и составе жидкой фазы, отвечающих координатам эвтектической точки Е.

После завершения эвтектической кристаллизации система состоит из двух твердых фаз и является дивариантной условно моновариантной. В обсуждаемом случае система после затвердевания состоит из относительно крупных кристаллов В и мелкодисперсной смеси совместно возникших при эвтектической кристаллизации кристаллов А и В; такую смесь называют эвтектикой.

Если исходная жидкость имела эвтектический состав, продукт ее затвердевания - мелкодисперсная эвтектика без примеси крупных кристаллов какого-либо из компонентов.

При нагревании смеси твердых А и В описанные явления протекают в обратной последовательности: Второй тип диаграммы характерен для случая ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии. Для таких систем возможны два случая трехфазного равновесия: Диаграмма плавкости двойной системы эвтектического типа с ограниченными твердыми растворами. Если, например, температура начала кристаллизации расплава с высоким содержанием А выше ТА рис.

Диаграмма плавкости двойной системы перитектического типа. Р - перитектическая точка, остальные обозначения те же, что и на рис.



состояния 3. веществ диаграмма


Линия солидуса состоит из трех ветвей: Возможны и другие трехфазные равновесия, например, при наличии у одного из компонентов полиморфных модификаций, когда все три сосуществующие фазы являются твердыми. При метатектическом превращении модификация g при охлаждении распадается на твердую и жидкую фазы: Третий тип диаграммы описывает состояния двойной системы, компоненты которой А и В образуют устойчивое химическое соединение, которое не разлагается вплоть до температуры плавления и переходит в жидкую фазу того же состава, то есть плавится конгруэнтно.

Диаграмма плавкости двойной системы, компоненты которой А и В образуют конгруэнтно плавящееся химическое соединение АmВn. D - сингулярный максимум, Е1 и Е2 - эвтектические точки; остальные обозначения те же, что и на рис. В точке плавления, соответствующей стехиометрическому составу АmВn, на линии ликвидуса имеется сингулярный максимум рис.

На диаграмме максимуму отвечает излом показан пунктиром на рис.


Фазовая диаграмма

В каждой из подсистем взаимодействие между компонентами, соответственно А и АmВn, В и АmВn, может быть представлено диаграммами эвтектического или перитектического или любого другого типа. Если соединение AmBn частично диссоциировано в жидкой фазе, максимум на кривой ликвидуса несколько сглажен в соответствии со степенью диссоциации.

Если соединение АmВn диссоциирует и в твердом состоянии, то сглаженный максимум будет и на линии солидуса. Однако независимо от вида максимума, общий характер фазового равновесия в системе определяется характером взаимодействия соединения АmВn с компонентами А и В.

Диаграмма плавкости двойной системы, компоненты которой А и В образуют инконгруэнтно плавящееся химическое соединение АmВn, обозначения те же, что и на рис. Компоненты А и В образуют химическое соединение, разлагающееся ниже температуры плавления так называемое инконгруэнтное плавление. Например, при охлаждении жидкости расплава до некоторой температуры Тр рис. Если при этом в твердой фазе компонент В имеется в избытке, в результате перитектической реакции исчезает жидкая фаза и при дальнейшем охлаждении ниже Тр остается смесь двух твердых фаз SB и SА m B n.

Если же в твердой фазе компонента В недостает, в результате реакции исчезают кристаллы В и жидкость при дальнейшем охлаждении выделяет кристаллы соединения АmВn, изменяя свой состав по линии ликвидуса РЕ. Возможны и другие варианты диаграммы. Описанные типы диаграмм плавкости могут усложняться из-за полиморфизма как компонентов А и В, так и соединений АmВn. Диаграммы растворимости При отсутствии в системе твердых фаз диаграмма состояния состоит из области существования одной жидкой фазы так называемой области гомогенности и области сосуществования двух насыщенных жидких растворов разного состава, образующих несмешивающиеся друг с другом слои рис.

Кривая, разделяющая эти области, называется бинодалью. Так, при температуре Т1 в равновесии находятся раствор компонента В в А его состав отвечает точке С и раствор А в В его состав отвечает точке D.

Если однородный раствор 1 охладить до температуры Т1, он распадется на две жидкие фазы. Обычно при повышении температуры взаимная растворимость жидкостей увеличивается, поэтому по своим свойствам оба насыщенных раствора, составы которых изменяются по отрезкам бинодали ЕК и KF, сближаются.

Наконец, при температуре Tк различие между ними исчезает; эта температура называется критической температурой растворимости смешения , выше нее может существовать лишь одна жидкая фаза.

Большинство систем с расслоением растворов характеризуются только одной критической температурой растворимости, чаще всего верхней, то есть на диаграмме состояния имеют незамкнутую снизу бинодаль. Такое трехфазное равновесие называется монотектическим; оно по своей термодинамической природе аналогично эвтектическому или эвтектоидному.

При синтектическом трехфазном равновесии две жидкие фазы взаимодействуют с образованием твердого соединения Такое равновесие аналогично перитектическому.


Однокомпонентные системы

В некоторых системах бинодаль имеет форму замкнутой кривой овал , то есть система имеет две температуры смешения - верхнюю и нижнюю. Для сплавов с устойчивым химическим соединением. Максимальное значение фаз — 3. DСЕ — линия эвтектических превращений. Ниже линии АС область двухфазная.



3. диаграмма состояния веществ видео




Здесь существуют одновременно жидкий раствор L и твердая фаза — кристаллы А. Рассмотрим кривую охлаждения для сплава I. В точке 1 — начало кристаллизации сплава. На кривой охлаждения наблюдается перегиб. В процессе кристаллизации состав жидкости будет меняться по линии АС. Этот процесс изотермический и происходит по линии DСЕ, кот.

С — тройная точка: Кривая охлаждения для сплава I:


Скачать

Дата : 2003
Совместимость: Windows Vista, 8.1,7, MacOS
Локализация: Русский Английский
Размер файла: 31.59 МБ




Комментарии

Имя:


Электронная почта:




  • © 2010-2017
    7nebo-nn.ru
    Обратная связь | RSS записи | Карта