Равновесие кристалл – жидкость в бинарных системах

 

Остановимся на рассмотрении равновесия кристалл – жидкость в бинарных системах. Известно, что изучение многокомпонентных систем, образующих несколько фаз, производится при помощи методов физико-химического анализа.

В основе физико-химического анализа лежит изучение функциональ-ной зависимости между физическими свойствами химической равновесной системы и концентрациями компонентов (т.е. составом). В качестве изучаемых свойств могут быть выбраны: тепловые, электрические, оптические, механические (для гомогенных систем), а также давление пара, температура плавления (кристаллизации), температура кипения (для гетерогенных систем).

Найденные зависимости, как уже указывалось ранее, изображают в виде диаграмм состояния: состав – свойство.

Изучение диаграмм состояния позволяет выяснить характер взаимодействия компонентов системы, а также судить о химическом составе и границах существования фаз и др.

Основы физико-химического анализа были заложены Д.И. Менделеевым и др. учеными.

Исследование диаграмм основано на принципах непрерывности и соответствия, введенных в химию Курнаковым. Согласно принципу непрерывности при непрерывном изменении параметров, определяющих состав системы (Р, Т, концентрации), свойства отдельных фаз изменяются непрерывно до тех пор, пока не изменится число или характер фаз.

При появлении новых или исчезновении существующих фаз свойства системы изменяются скачком. Согласно принципу соответствия каждой фазе или каждому комплексу равновесных фаз на диаграмме соответствует определенный геометрический образ.

 

Термический анализ и построение диаграмм

Плавкости

Физико-химический анализ является наиболее общим методом исследования веществ и широко применяется в материаловедении, металлургии, технологии силикатов (производство стекла), галургии (исследование равновесия водно-солевых систем) и многих других областях науки и техники.

Одним из наиболее распространенных видов физико-химического анализа является термический анализ (т.е. совокупность эксперимен-тальных методов определения температуры, при которой в равновесной системе изменяется число фаз).

Например, кристаллизация из растворов начинается и заканчивается при определенных температурах, которые зависят от состава раствора.

Зависимость температур начала и конца кристаллизации от состава выражается в виде диаграмм состояния или диаграммы плавкости. Существуют два метода построения диаграмм плавкости:

1. Визуальный. Определяют температуру, при которой появ-ляется кристаллическая фаза, затем систему снова нагревают и также визуально замечают исчезновение кристаллов.

2. Метод кривых охлаждения. Этот метод применим к любым системам.

Охлаждаем чистое жидкое вещество. Переход из жидкого состояния в твердое сопровождается выделением теплоты кристаллизации. Поэтому, пока вся жидкость не затвердеет, температура системы не изменится (рис. 6.46).

Кривая охлаждения имеет вид:

ав – участок равномерного понижения температуры жидкости;

вс – участок кристаллизации (Т = const), если не происходит переохлаждения, Т₁ – температура кристаллизации.

В точке С отвердевает последняя капля жидкости.

Участок cd – охлаждение твердого вещества.

Характер кривой охлаждения раствора (или расплава) зависит от природы системы.

Рассмотрим случай, когда из бинарного раствора кристаллизуются чистые компоненты (рис. 6.47).

 

 

 

Рис. 6.46. Кривая охлаждения чистой жидкости

 

 

Рис. 6.47. Кривые охлаждения чистой жидкости

и бинарного раствора (расплава)

 

Понижение температуры от а до в происходит равномерно. В точке в начинается кристаллизация одного из компонентов. Но температура отвердевания раствора Т₁ ниже Т₀ – температуры отвердевания чистого растворителя.

 

 

Рис. 6.47 а). Кривые охлаждения и диаграмма плавкости

двухкомпонентной системы с простой эвтектикой

 

При этом состав жидкости будет меняться, в результате температура отвердевания непрерывно понижается (линия вс), но выделяющаяся при кристаллизации теплота замедляет темп охлаждения, поэтому ав круче вс.

Наконец, наступает момент, когда раствор делается насыщенным относительно обоих компонентов. Тогда они начинают кристаллизоваться одновременно.

Участок cd (Т = const) соответствует процессу одновременной кристаллизации компонентов А и В. После отвердевания всей массы (точка d) охлаждение возобновляется.

На основании кривых охлаждения чистых компонентов и их

смесей различного состава строят диаграммы плавкости (рис. 6.47а).

 

Подобный тип диаграммы рассмотрен ниже.

⇐ Предыдущая42434445464748495051Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Адсорбция на границе жидкость – газ
2. Анализ вредных и опасных факторов при производстве магнитооптического кристалла
3. Анализ технологичности изготовления магнитооптического кристалла.
4. Броуновское движение и диффузия в дисперсных системах
5. В изолированных системах самопроизвольно могут совершаться только такие необратимые процессы, при которых возрастает энтропия системы, т.е. они идут только за счет увеличения энтропии
6. В социально-экономических системах
7. Взаимодействие спроса и предложения. Рыночное равновесие
8. Взаимодействие спроса и предложения. Рыночное равновесие и равновесная цена
9. Внутреннее строение кристаллов и основные типы
10. Воздействие внешних сил на рыночное равновесие. Дефицит и избыток.
11. Выращивание кристалла подложки
12. Гетерогенное химическое равновесие