|
 Лекция Термодинамика және жалпы түсінік. Күй параматрлері. Квазистатистикалық процесстерЛекция 15 Химиялық қосылыс түзбейтін екі компонентті жүйелердің балқу диаграммасы
|
| бет | 19/33 | | Дата | 01.03.2023 | | өлшемі | 1,53 Mb. | | #41532 | | түрі | Лекция |
| Ëåêöèÿ Òåðìîäèíàìèêà æ?íå æàëïû ò?ñ³í³ê. Ê?é ïàðàìàòðëåð³. ÊâàçèЛекция 15 Химиялық қосылыс түзбейтін екі компонентті жүйелердің балқу диаграммасы.
Дәріс жоспары;
1. Екі компонентті жүйе
2. Екі компонентті жүйелердің балқу диаграммасы
3. Қатты ерітінді түзетін екі компонентті жүйелердің балқу диаграммасы
4. Қатты ерітіндінің үзіксіз қатьарын түзетін жүйелердің балқу диаграммасы
5. Қатты ерітіндінің үзікті қатарын түзетін жүйелердің балқу диаграммасы
Екі компонентті немесе бинарлы жүйелер үшін гиббстің фазалар ережесі жалпы түрде былай жазылады:
Е = 2 – ф + 2 = 4 – ф
Т – теңдікте бір мезгілде төрт фаза болатын болса жоғарыдағы теңдеу бойынша жүйе инвариантты болады (ф=4; Е=0). Төрт фазалы т – теңдікті көрсететін нүктені төрттік нүкте деп аталатын жүйеде үш фазаның т – теңдігі болса, ондай жүйе моновариантты (ф=2; Е=2); бір фаза болса травариантты (ф=1; Е=3) болады.
Екі компонентті жүйелердің күйін анықтайтын параметрлердің жалпы саны үшке тең, олар1, т және бір компоненттің С-сы Х1 мұндағы Х1 – компоненттің массалық немесе мольдік үлесі. Жүйенің фазалық күйін осы үш параметрдің байланысын беретін үш өлшемді көлемдік диаграммамен көрсетуге болады. Кеңістіктегі x,y,z – осьтерінің х – осіне (абцисса осі) жүйе құрамын, y пен z осьтеріне температура мен радиусы саласы. Жүйенің құрамы компоненттердің массалық немесе мольдік үлестермен алынады.
Сонымен қатар, жазық диаграммалар арқылы температура мен жүйе құрамы арасындағы (р=const) немесе қысым мен жүйе құрамы арасындағы байланыс (т=const) бейнеленеді. Р-ң немесе Т-ның тұрақты жағдайдағы фазалар ережесі былай жазылады.
Е = 2 - ф + 1 = 3 – ф
Химиялық қосылыс түзбейтін екі компонентті жүйелердің балқу диаграммасы.
Балқу, кристалдану құбылысы кезінде жүйеде қатты сұйық тепе теңдігі орнайды. Бұлар конденсацияланған жүйелерге жатады. Конденсацияланған жүйелерде бұл фазасы жоқ болғандықтан Р – тұрақты деп есептелінеді. Балқу кезінде жүйенің балқу температурасының оның құрамына байланысты өзгерісін көрсететін диаграмманы балқу диаграммасы немесе фазалық диаграмма, ал жалпы алғанда күй диаграммасы деп атайды.
Балқытқан кезде компоненттері бір-бірімен реакцияласпайтын жүйенің балқу диаграммасы қарапайым болады. Екі заттың қоспасын қыздырып балқытып, оны қайтадан суытқан кезде заттар қоспадан таза күцінде жеке кристалға түседі. Мұндай заттар балқып сұйық күйінде бір – бірінде ерігенімен қатты күйінде мүлдем ерімейді. Екі заттың қоспасы балқу температурасына тең температурада екі фаза күйінде болады, олар сұйық балқыма және екі компоненттердің біреуінің кристалы. А және В компоненттерінен құралған екі компонентті жүйенің балқу диаграммасының қарапайым түрі суретте көрсетілген. Абцисса осіне жүйенің құрамы Х0, ордината осіне балқу температурасы Т салынған. Т0А және Т0В таза А және В компоненттерінің балқу (кристалдану) температуралары. Т0А және Т0Внүктелерінде зат екі күйде сұйық және кристал күйінде болады, яғни сұйық фазамен қатты фазаның тепе – теңдігі орнайды. Бұл нүктелерде жүйенің варианттығы нольге тең (Е = 1 – 2 + 1 = 0).
Балқу температурасынан жоғары температурада зат тек сұйық күйде, ал төмен температурада тек қатты күйде болатындықтан бұл температурада жүйе бір фазалы, моновариантты (Е = 1 – 1 + 1 =1) Диаграммада Т0А Е қисығы А және В
заттары қоспаларын суытқанда А компонентінің кристалға түсу қисығы, ал Т0В Е қисығы қоспалардан В компонентінің кристалға түсу қисығы. Бұл екі қисық бүкіл жүйенің балқу температурасының жүйе құрамына тәуелділігін бейнелейді, оларды ликвидус қисықтары деп атайды. (сұйық деген).
Диаграммада СД сызығы солидус қисығы деп аталады. (қатты деген мағына). Ликвидус қисықтарынан жоғары жатқан температурада жүйе тек сұйық күйде болатын болса, солидус қисығынан төмен жатқан температурада жүйе тек қатты күйде болады. Ликвидус және солидус қисықтарының қиылысу нүктесін (Е нүктесі) эвтетика нүктесі дейді. Бұл нүктеге сәйкес келетін температураны (ТЕ) эвтетикалық температура, ал құрамды (ХЕ) эвтетикалық құрам немесе эвтетикалық қоспа деп атайды. Эвтетикалық температура жүйенің балқу температурасының ең төмен мәні. Эвтетикалық қоспа дегеніміз А және В компоненттерінің өте ұсақ кристалдарының механикалық қоспасы. Эвтетикалық қоспа басқа құрамдағы қоспаларға қарағанда тез балқитындықтан практикада кең қолданылады. Мысалы, қалайы мен қорғасынның эвтетикалық қоспасы дәнекерлеу жұмыстарында қолданылады.
Тепе – теңдіктегі сұйық балқыма мен кристалдың құрамдарын көрсететін екі нүктенің арасын қосатын түзуді (мысалы n l түзуі) нода деп атайды. Нода дегеніміз тепе – теңдіктегі екі фазаның құрамдарын қосатын түзу.
Балқу диаграммасындағы гетерогенді бөліктерге нодалар жүргізу арқылы, рычаг ережесін қолданып тепе – теңдіктегі екі фаза мөлшерлерінің қатынасын анықтауға болады.
Эвтетикалық нүктеде (Е нүктесі) жүйе үш фазалы, олар сұйық балқыма, А затының кристалы және В затының кристалы. Жүйенің үш фазалы күйі температура мен жүйе құрамының бір ғана мәндерімен (ТЕ және ХЕ) анықталады, яғни эвтетикалық нүктеде ешқандай параметрді өзгертуге болмайды, жүйе инвариантты (Е = 2 – 3 + 1 = 0).
Балқу диаграммасының қарапайым түріне мысал ретінде екі металдан, мысалы сүрме және қорғасыннан тұратын жүйенің балқу диграммасын қарастырамыз. Сүрме – қорғасын жүйесінің балқу диаграммасы көрсетілген.
Диаграммадан сүрменің балқу температурасы 903, ал қорғасындікі 600к екенін көреміз. Балқу температурасынан жоғары температурада сүрмемен қорғасын сұйық күйде , ал төмен температурада қатты (кристал) күйде болады. Сүрмемен қорғасынның әртүрлі құрамдағы қоспаларын қыздырып балқытып, балқымаларды қайтадан суытсақ Т0В Е қисығы бойымен қорғасын кристалданып, олардың кристалдану (балқу) температуралары осы қисықтар бойымен төмендейді. Диаграмманың бір бөлігінде (ликвидус қисықтарынан жоғары жатқан бөлік) барлық қоспалар сұйық балқыма күйінде болады. Температура ликвидус қисығына дейін төменде сүрме немесе қорғасын кристалдана бастайды, солидус (ef) қисығына жеткендебалқымалар түгел қатты күйге айналады. Мысалы: құрамы ХА қоспаны балқытып температурасы А нүктесіне жеткеннен кейін қайтадан суытайық. Қоспаның температурасы төмендеп В нүктесіне (кристалдана бастау қисығына) жеткенде балқымадан таза сүрме кристалға түсе бастайды. Температура одан әрі төмендеген сайын сүрменің кристалдары көбейіп, сұйық балқыманың құрамы ВЕ қисығы бойымен өзгереді (сұйық балқыманың құрамында сүрме азайып, қорғасын көбейеді). Сөйтіп диаграмманың ІІ бөлігінде сүрме кристалдары сұйық балқымамен т – теңдікте болады. Қоспаның температурасы с – нүктесіне (солидус қисығына) жеткенде балқыманың құрамы эвтетикалық құрамға (ХЕ), ал температурасы эвтетикалық температураға (ТЕ = 5190) теңеседі де сүрме мен қорғасынның эвтетикалық қоспасы кристалға түседі. Температура С-нүктесінен төмендегенде бастапқы қоспа (ХА) түгел сұйық күйден қатты күйге айналады (ІV бөлік) сол сияқты таза қорғасынға сүрмені қосып, алынған ХА қоспаны балқытып температурасын А1 нүктесімен В1 нүктесіне дейін төмендетсек, балқымадан таза қорғасын бөлініп кристалға түсе бастайды. Жүйе екі фазалы күйге көшеді (ІІІ бөлім). Температураның одан әрі төмендеуімен сұйық балқыманың құрамы В1Е қисығы бойымен өзгеріп эвтектикалық құрамға теңескенде температура С1 нүктесіне дейін төмендейді. Температура одан әрі төмендегенде бастапқы қоспа (ХА1) түгел қатты күйге айналады (ІV бөлім).
Эвтектикалық қоспа таза заттар сияқты тұрақты температурада балқиды (кристалданады).
Достарыңызбен бөлісу: |
|
|
