Слайд 2
Основные понятия фазового равновесия
Фаза - совокупность гомогенных частей
системы, обладающих одинаковыми термодинамическими свойствами и отделенных от других
частей системы видимыми поверхностями раздела.
Фазовые равновесия - состояния, при которых процесс перехода веществ из одной фазы в другую не сопровождается изменением их химического состава.
Компонент - химически однородная составная часть системы, которая при выделении из системы существует в изолированном виде как угодно долго.
Слайд 3
Примеры систем
Смесь газов
(O2 + N2 + H2)
Однофазная
система, состоящая из трех компонентов
Трехфазная система, один компонент
Слайд 4
Физические системы
В физических системах (т.е. системах, составные части
которых не реагируют друг с другом) число независимых компонентов
равно числу составных частей системы (составной частью называется всякое простое вещество или химическое соединение, входящее в систему).
В таких системах можно произвольно изменять равновесные концентрации всех составных частей, не вызывая изменения числа и вида фаз в системе, т.е. все составные части системы являются независимыми друг от друга.
Слайд 5
Химические системы
В системах, где составные части реагируют друг
с другом (химические системы), число независимых компонентов равно числу
составных частей минус число химических реакций, протекающих в системе при данных условиях:
CaCO3 CaO + CO2
3 фазы,
3 составные части,
3-1(химическая реакция)=2 независимых компонента.
Концентрацию любых двух из трех веществ, связанных одним уравнением, можно изменять произвольно. Концентрация третьего вещества – величина зависимая и определяется из уравнения реакции.
Слайд 6
Число степеней свободы
Под числом степеней свободы понимают условия
(Т, Р, С), которые можно (до известного предела) произвольно
изменять в системе без нарушения состояния равновесия (т.е. без изменения числа и вида фаз)
Ненасыщенный пар - система с двумя степенями свободы (Р и Т), насыщенный – с одной (Р или Т).
Ненасыщенный раствор – система с двумя степенями свободы (Т и С), насыщенный – с одной (Т или С).
Слайд 7
Уравнение правила фаз
Ф + С = К +
2
Ф - число фаз, К – число компонентов, С
– число степеней свободы
Для конденсированных систем уравнение принимает вид:
Ф + С = К + 1
В данном случае не учитывается один из факторов – внешнее давление.
Слайд 8
Классификация гетерогенных систем
По числу компонентов:
однокомпонентные,
двухкомпонентные и т.д.
По числу
степеней свободы (характеризует вариантность системы):
одновариантные (моновариантные),
двухвариантные (бивариантные),
безвариантные (нонвариантные) –
при отсутствии степеней свободы.
Слайд 9
Равновесие в однородных системах
Рассмотрим на примере воды:
К =
1
С = 1 + 2 – Ф
Слайд 10
Фазовая диаграмма (диаграмма состояния)
Фазовая диаграмма выражает зависимость состояния
системы (и фазовых равновесий в них) от внешних условий
или состава системы.
Диаграмма, построенная в масштабе по опытным данным, позволяет определить состояние системы при любых заданных условиях.
Слайд 11
Диаграмма состояния воды
Любая точка на каждом из фазовых
полей характеризует однофазную систему, обладающую 2-мя степенями свободы
Точки на
линиях, разделяющих фазовые поля, характеризуют равновесия двух фаз, при этом система моновариантна
В точке О, называемой тройной точкой, при строго заданных условиях в равновесии находятся три фазы, при этом система безвариантна
Слайд 12
Равновесие в двухкомпонентных системах
Примеры: сплавы двух металлов, расплав
двух солей, любой раствор, состоящий из растворителя и одного
растворенного вещества.
Для системы из двух компонентов правило фаз записывается в виде: К = 2 С = 2 + 2 – Ф.
Слайд 13
Диаграммы состояния двухкомпонентных систем
В общем случае для построения
диаграмм состояния двухкомпонентных систем пользуются тремя осями координат: Т,
Р и С.
В частном случае при изучении конденсированных систем, состоящих только из жидких и твердых фаз, фактор давления можно не учитывать (особенно если исследования проводят при атмосферном давлении). В этом случае фазовые диаграммы строят в координатах Т – С.
Пример такой системы – сплав из двух нелетучих металлов.
Слайд 14
Термографический анализ
Основные методы изучения сплавов – микроскопические исследования,
рентгеновский структурный анализ, термический анализ.
Термический анализ основывается на
определении температур фазовых превращений. Для проведения анализа приготовляют ряд образцов сплава известного состава. Каждый из образцов расплавляют и затем, медленно охлаждая, регистрируют температуру расплава через определенные промежутки времени. Автоматическую запись кривых охлаждения – термографию – проводят на пирометрах.
Слайд 15
Фазовая диаграмма сплава Bi-Cd (диаграмма плавкости)
Слайд 16
Характерные линии и области на фазовой диаграмме сплава
Bi-Cd
Слайд 17
Точка эвтектики
Эвтектика – неоднородная механическая смесь, состоящая из
мелких кристаллов одного и другого компонента.
Эвтектический сплав –
сплав, обладающий наиболее низкой температурой кристаллизации (по сравнению с температурой кристаллизации отдельных компонентов смеси). Кристаллизация таких сплавов от начала до конца происходит при постоянной температуре, как у чистых металлов).
Слайд 18
Двухкомпонентные водно-солевые системы
Диаграммы состояния таких систем как правило
являются плоскостными, их строят в координатах Т – С.
Если
при растворении соль не образует с водой кристаллогидрата, то диаграмма состояния будет подобна диаграмме состояния системы Bi-Cd.
В водно-солевых системах эвтектика называется криогидратом, а температура, ей отвечающая – криогидратной точкой. Криогидрат представляет собой механическую смесь мелких кристаллов льда и соли.
