Основные принципы построения диаграммы плавкости бинарных систем.

Сущность термографического анализа. Кривые нагревания и охлаждения.

Диаграмма состояния системы - диаграмма, указывающая, в каких фазовых состояниях находится система в зависимости от условий: температура, давление и состав.

Диаграммы плавкости – частный вид диаграмм состояния.

2 принципа, устанавливающих связь геометрических образов диаграммы с химическим состоянием системы.

Принцип непрерывности.

При непрерывном изменении температуры, давления, концентрации свойства отдельных фаз системы меняются также непрерывно. Свойства системы в целом изменяются непрерывно лишь до тех пор, пока не изменится число или характер ее фаз. При появлении новых или исчезновении имеющихся фаз свойства системы в целом меняются скачком.

Принцип соответствия.

Каждой совокупности фаз, находящихся в равновесии в данной системе, отвечает на диаграмме определенный геометрический образ.В двухкомпонентной системе одной фазе на диаграмме соответствует участок плоскости, кристаллизации твердой фазы- кривая начала кристаллизации, равновесию между тремя фазами - точка пересечения кривых, и т.д.

Термографический анализ – кривые нагревания или кривые охлаждения системы. Диаграммы плавкости (частный вид диагарамм состояния) строят исходя из кривых охлаждения, которые изображаются в координатах: температура(Оу), время(Ох). Рассмотрим кривые охлаждения двух систем. Система I в интервале t₁-t₂ не испытывает никаких фазовых превращений, температура меняется монотонно. Кривая II отвечают охлаждению воды от 150 ^o C (пар при атмосферном давлении) до 0 ^o C и ниже. При 100 ^o C наблюдается горизонтальный участок, отвечающий фазовому переходу – процессу конденсации пара, температура поддерживается неизменной, пока не исчезнет весь пар. Постоянство температуры обеспечивается за счёт выделения в процессе конденсации пара теплоты испарения воды. От 100 ^o C до 0 ^o C наблюдается монотонный ход кривой охлаждения – остывает жидкая вода. При 0 ^o C наблюдается второй горизонтальный участок, отвечающий фазовому переходу – процессу кристаллизации. Температура поддерживается постоянной за счет выделения теплоты плавления.

Рассмотрим кривые охлаждения чистого металла (I) и сплава с так называемой эвтектикой (II). На кривой охлаждения (I) чистого металла А наблюдается одна площадка bc, отвечающая процессу кристаллизации металла. При t_плв равновесии находятся жидкая и твердая фазы одинакового состава. Образование твердой фазы сопровождается выделением теплоты плавления.

Кривая II отвечает охлаждению сплава А-В. От “а” до “a^’ “ температура меняется монотонно, остывает жидкая фаза. При достижении точки a^’ из жидкой фазы начинают выпадать кристаллы А – одного из компонентов сплава, при этом жидкая фаза за счет этого начнет обогащаться компонентом В. Таким образом, в интервале a^’-b в равновесии находятся жидкая и твердая фазы различного состава, площадки на кривой охлаждения не наблюдается. За счет выделения при кристаллизации А теплоты плавления этого компонента темп охлаждения сплава замедляется, и на кривой наблюдается перелом. Выпадение кристаллов А продолжается до тех пор, пока жидкая фаза не достигнет так называемого “эвтектического состава”. Основной особенностью эвтектического сплава является то, что он кристаллизуется подобно чистому компоненту – на кривой охлаждения наблюдается площадка. Из жидкой фазы одновременно выпадают кристаллы А и В и, таким образом при t_Е (отрезок bc) в равновесии находятся жидкая и твердая фазы одинакового состава. Отрезок cd отвечают охлаждению твердого сплава.

Остановки в падении температуры могут наблюдаться и на кривой охлаждения уже твердого металла, указываю на переходы металла из одной аллотропной формы в другую.

 

 

65. Эвтектическая диаграмма плавкости (без образования твердых растворов).

Диаграмма состояния системы - диаграмма, указывающая, в каких фазовых состояниях находится система в зависимости от условий: температура, давление и состав.

Диаграммы плавкости – частный вид диаграмм состояния.

Для систем, дающих диаграмму плавкости такого типа, характерна полная взаимная растворимость компонентов в жидком состоянии и нерастворимость – в твердом.

Пример. Системы Pb-Ag, Cd-Bi, Tl-Au, KCl-LiCl и т.д.

Чтобы построить диаграмму плавкости системы А-В, необходимо приготовить несколько сплавов – от 100% А, через каждые - до 100%В.

Далее снимаются кривые охлаждения и характерные точки переносятся на диаграмму плавкости бинарной системы А-В. Температуры плавления чистых компонентов -t_А и t_В.

Температура начала первичной кристаллизации сплава 4 – t₄, окончание – t_E. Подобным же образом переносят характерные точки для всех сплавов и соединяют их на диаграмме плавными линиями, получая в итоге диаграмму плавкости системы A-B.

Ломанная линия t_АЕt_В - “линия ликвидуса ”, выше нее возможно существование лишь жидкой фазы.

Линия MEN – “линия солидуса ”, ниже нее – лишь твердая фаза.

Между солидусом и ликвидусом область сосуществования двух фаз – твердой и жидкой.

На линии Ликвидуса нах-ся 2 компонента 2 фазы, число ст.своб.=1,в точке эвтептики три фазы.

66.Поверхностные явления. Понятие поверхностного натяжения.Поверхностное натяжение – избыток свободной энергии в поверхностном слое, отнесенный к поверхности поглощающего тела. Поверхностное растяжение растворов зависит от природы растворителя и растворенного вещества, от концентрации последнего и от температуры. Поверхностное натяжение как функция концентрации растворенного вещества при Т-const - изотерма поверхностного натяжения. 1 и 2 – поверхностно-активные вещества (ПАВ).3 – поверхностно-инактивные вещества (ПИАВ). Разность с в поверхностном слое – поверхностный избыток вещества Г (гамма). Для ПАВ Г>0, для ПИАВ Г<0.Поверхность твердых тел, как и жидкостей, обладает избыточной свободной энергией Гиббса. Твердые тела не могут (в отличие от жидкостей) самопроизвольно изменять площадь поверхности.

66-67.Поверхностное натяжение растворов. Изотерма адсорбции.Поверхностное натяжение – избыток свободной энергии в поверхностном слое, отнесенный к поверхности поглощающего тела. Поверхностное растяжение растворов зависит от природы растворителя и растворенного вещества, от концентрации последнего и от температуры. Поверхностное натяжение как функция концентрации растворенного вещества при Т-const - изотерма поверхностного натяжения. 1 и 2 – поверхностно-активные вещества (ПАВ).3 – поверхностно-инактивные вещества (ПИАВ). Разность с в поверхностном слое – поверхностный избыток вещества Г (гамма). Для ПАВ Г>0, для ПИАВ Г<0.Поверхность твердых тел, как и жидкостей, обладает избыточной свободной энергией Гиббса. Твердые тела не могут (в отличие от жидкостей) самопроизвольно изменять площадь поверхности.Величина адсорбции зависит от природы адсорбента и адсорбата, от давления газа, температуры.Зависимость адсорбируемого количества газа от давления адсорбата при постоянной температуре – изотерма адсорбции. С ростом давления увеличивается количество адсорбируемого вещества.Лэнгмюр при выводе уравнения изотермы сделал следующие допущения: 1. все места адсорбента одинаковы. 2. взаимодействие между частицами пренебрежимо мало. 3. адсорбционный слой состоит из одного слоя молекул, адсорбция локализованная – нет перемещения адсорбционного комплекса вдоль поверхности адсорбента.Степень заполнения адсорбента адсорбатом: Скорость адсорбции: константа скорости адсорбции. Скорость десорбции: константа скорости десорбции.Адсорбционное равновесие наступает при вается в промежуточной области.Процесс адсорбции экзотермичен: поглощение вещества протекает с выделением теплоты, десорбция – с поглощением теплоты.Если адсорбируются несколько газов: Для адсорбции на неоднородной поверхностибыло предложено эмпирическое уравнение Фрейндлиха. к и n – коэффициенты, постоянные для данного адсорбента и газа при данной температуре.Уравнение Фрейндлиха, наоборот, не отражает особенностей изотермы в области высоких и низких давлений, но для области промежуточных давлений согласуются с опытными данными. Уравнение изотермы хорошо передает зависимости в области низких и области высоких давлений, но не всегда оправды