Презентация на тему Взаимодействие в двухкомпонентных системах. Примитивные виды взаимодействия: без промежуточных фаз

фаз
Компоненты: A, B. Должны быть переменные: P, T, xA,

xB
Но можно обойтись набором трёх (а не четырех) переменных: P, T, xB, т.к. xB = 1 – xA
Должна быть трехмерная диаграмма с осями P, T, xB.
Зафиксируем первые две переменные: P = const, T=const′.
Пространство состояний в этом случае представлено числовым отрезком. Если происходит полное смешивание A и B при P = const, T=const′, то весь этот числовой отрезок [0, 1] и представляет собой P, T – фиксированную области гомогенности. A B
0 xB→ 1

фазовой диаграмме (и на P, T – фиксированном сечении

этой диаграммы) появляются “пустые” области, лишенные физического смысла.

Взаимная растворимость в системе “вода – фенол” при различных фиксированных температурах. Давление в системе также фиксировано и равно 1 атм.

различных фиксированных температурах. Давление в системе также фиксировано и

равно 1 атм

... а теперь поместим все концентрационные отрезки на ось температур...

... и соединим границы областей гомогенности, полученные при разных температурах плавными линиями..

← Получаем T-x сечение бинарной диаграммы
“вода – фенол”
для P = 1 атм

различных фиксированных температурах. Давление в системе также фиксировано и

равно 1 атм

T-x сечение системы “H2O-C6H5OH”

... а теперь пометим область существования (область гомогенности) жидкой фазы (осуществим заливку зеленым цветом).

Полузаконный приём: P можно жестко и не фиксировать. Не слишком большие (десятки атм) варьирования давления мало сказываются на состоянии конденсированных (ж. и тв.) фаз! Именно только такие фазы и рассматриваем далее. Тогда правило фаз можно условно записывать как
Ф + С = K +1
и говорить о T-x диаграмме системы.

P = 1 атм

сахара
в воде (разб. раствор)
Построим изобарно – изотермическое сечение в

системе “сахароза – вода” при температуре 0°С в области существования жидкого раствора (при низких концентрациях сахара).

полное смешение в жидкой фазе...

... и полное расслоение в твердых фазах

и полное расслоение в твердой фазе (продолжение)
Область гомогенности

жидкого раствора сахара
в воде (разб. раствор)

Добавим изобарно – изотермическое сечение в системе в системе “сахар – вода” при температуре, немного меньше 0 °С: появляется область расслоения за счет кристаллизации льда

Область расслоения:
сосуществуют лёд и ж. раствор; любой состав в этой области расслаивается как показано красными стрелками

< 0°С:
сосуществующий раствор становится всё более концентрированным

в области, которая выделена зеленой заливкой
Линия, которая отделяет

область существования жидкой фазы от области расслоения (в которой появляется твёрдая фаза) называется линией ликвидуса

область расслоения (красная точка)
Какие фазы и какого состава появятся

при попытке приготовить фазу состава, отвечающего данной точке (b) в условиях равновесия?

b

(коноду)
Конода пересекает границы существования областей каждой из фаз в

определенных точках (точки a и c). Эти точки и будут отвечать составам сосуществующих фаз. Отношения количеств фаз определяется исходя из “правила рычага”:
(nS/nL) = (⏐ab⏐/⏐bc⏐)-1

при её охлаждении (например, охлаждаем раствор от условий, соотв.

точке b)?

Уравнение Шрёдера – Ле-Шателье:
ln(1-xB) = -(ΔHпл./RT 2пл.А)∙ΔT;
где ΔT = (Tпл.А - T)
Для неидеальных р-ров xB надо менять на aB
Для данного примера A=H2O, B=C12H22O11
Криоскопическое приближение:
xB = (ΔHпл./RT 2пл.А)∙ΔT ⇒
ΔT = (RT 2пл.А/ ΔHпл. ) ∙ xB

(что то же самое) отвечает на вопрос: “Какой температуре

соответствует первичная кристаллизация раствора”? Кристаллизуется растворитель!

– Ле-Шателье для обеих ветвей ликвидуса

ln(1-xB) = -(ΔHпл.A/RT 2пл.А)∙(T

пл.А - T)
ln(xB) = -(ΔHпл.B/RT 2пл.B)∙(T пл.B - T)

с неизвестными T и xB (для реального раствора – с переменными T и aB)

P.S. Еще некоторые важные моменты – применение правила фаз, построение кривых нагревания/охлаждения и некоторые др. – см. конспекты лекций (разбирается на доске с мелом).

(диаграммы эвтектического типа) такой объект – ФД с ретроградным

солидусом...

(ограничивает область гомогенности тв. р-ра на основе Zn)
! На

линии ликвидуса (со стороны ретроградной растворимости) часто встречается перегиб, близкий по температуре максимальной растворимости примеси в твердой фазе

Кажущийся парадокс: для диаграмм такого типа возможны такие диапазоны температур и составов, в которых увеличение температуры приводит к кристаллизации, а уменьшение T – к плавлению (см. следующий слайд – область, выделенную стрелками ⇑).
⇓

диаграмме эвтектического типа

системы Zn-MgZn2. Примеры этой и других гетероструктур эвтектических сплавов

см. на рис. справа.

Микроструктура эвтектик. По работе Тарана и Мазура, 1978.

а - Sb+Zn4Sb3, ув.х200; б - Sb + Cu2Sb, ув. х 400; в - Fe+Fe3C, ув. х 400; г - Fe+C, ув. х 150; д - Fe+W6C, ув.х 250; е - Fe+MoC, ув. х 500; ж - Zn+MgZn2, ув. х1000; з - Al+FeAlSi, ув. х 500; и- Pb + Sb, ув. x 200.

твердых растворов

(на полиморфизм железа можно пока не обращать внимания)

примитивный, чем эвтектический)