Диаграмма состояния двухкомпонентной

Лекция №12

Литература

Основная:

2. Пащенко А.Л. Физ. химия силикатов. – М.: «Высшая школа», 1986. – 368 с.

Дополнительная:

2. Киреев В.А. Краткий курс физической химии. – М.: «Химия», 1978. – 622 с.

 

системы с химическим соединением»

Краткое содержание лекции

Часто в бинарной системе образуются новые химические соединения. Если вещества А и В образуют химическое соединение АmВn, то на диаграмме (рис. 9) появятся вертикальная линия и температурный максимум, указывающие на состав этого соединения. Если это соединение плавится конгруэнтно, то будет образовываться эвтектика как с компонентом А, так с компонентом В (эвтектические точки Е1 и Е2).

 

 


Рис. 9. Диаграмма состояния двух-

компонентной системы с химичес-

ким соединением, плавящимся без

разложения

Рис. 10. Диаграмма состояния двух- компонентной системы, с химическим соединением, плавящимся с разложением


 

Вертикальная линия состава химического соединения делит диаграмму на две части, каждая из которых может рассматриваться как самостоятельная двойная система. Все закономерности, установленные для системы с одной эвтектикой, справедливы и здесь, с тем лишь дополнением, что для некоторых составов смесей в качестве первичной твердой фазы будут выпадать кристаллы


соединения AmBn. Например, смесь состава С начнет плавиться при температуре и полностью перейдет в жидкое состояние при температуре tС . При температуре tх эта смесь будет состоять из кристаллов соединения AmBn и расплава состава D. Содержание фаз (%) находится по правилу рычага: измерением длины конноды и ее отрезков І и ІІ. Длина отрезка І пропорциональна массовой доле твердой фазы, отрезка ІІ – жидкой.

Несколько усложняются условия фазовых равновесий в двухкомпонентных смесях при образовании в них химического соединения, плавящегося с разложением. На диаграмме состояния системы с химическим соединеним, плавящимся с разложением (рис.10), ликвидус характеризуется «скрытым максимумом» (пунктирные линии на рис. 10), который изображает недостигаемую температуру плавления AmBn. Образующееся в системе химическое соединение AmBn при нагревании до температуры tn разлагается, выделяя кристаллы В и расплав: AmBn В + Расплав

Точка П, характеризующая состав расплава, возникающего при разложении соединения AmBn , называется т о ч к о й п е р и т е к т и к и. В этой точке отмечается перегиб ликвидуса, вызванный изменением состава твердой фазы, находящейся в равновесии с расплавом. Вертикаль химического соединения доходит лишь до перитектической горизонтали, расположенной при температуре инконгруэнтного плавления и перитектики.

 

А) В) С)

 

Рис. 11. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с химическим соединением, разлагающимся или образующимся в твердом состоянии

 

У смесей, составы которых находятся между точкой перитектики и составом химического соединения, первичным продуктом кристаллизации будут кристаллы компонента В. При дальнейшем охлаждении до температуры перитектики tП происходит перитектическая реакция между твердым веществом и расплавом. В результате реакции образуются кристаллы химического соединения AmBn.

Если кристаллы В выпадали в избытке по сравнению с их массовой долей, необходимой для реакции (смесь а), то при температуре tП произойдет полное затвердевание расплава в виде смеси кристаллов В и AmBn. При избытке расплава (смесь b) последний сохраняется вплоть до эвтектической температуры tЕ. Выпавшие кристаллы В полностью расходуются в процессе реакции, и при дальнейшем охлаждении смеси ниже tП происходит кристаллизация соединения AmBn непосредственно из расплава. При температуре tЕ кристаллизуется также компонент А и смесь затвердевает полностью.

При образовании химического соединения в уже затвердевшем расплаве на диаграмме (рис. 11, а) наблюдается появление новой вертикальной линии, отвечающей составу химического соединения. Если компоненты А и В непосредственно выпадают из расплавов и затвердевают при температуре tЕ, то ниже эвтектической температуры остается лишь механическая смесь кристаллов А и В. Однако возможны случаи, когда при дальнейшем понижении температуры до tи эти вещества образуют химическое соединение АВ. Избыток одного из компонентов кристаллизуется в чистом виде. Таким образом, в правой части диаграммы образуется смесь химического соединения АВ и кристаллов избыточного компонента В, в левой – смесь химического соединения АВ с кристаллами компонента А.

Иногда химическое соединение, образовавшееся при высокой температуре, или, как в предыдущем случае, уже в твердом состоянии, по достижении некоторой температуры tи снова распадается на составные части. Диаграмма, отражающая подобные процессы, отличается тем, что вертикальная линия, характеризующая наличие химического соединения, имеется лишь между определенными температурами tи1 и tи2 (рис. 11, б).

На диаграмме (рис 11, в) отражено образование химического соединения АВ, плавящегося без разложения, но существующего лишь в области высоких температур. При температуре tи соединение АВ распадается на составные части. Таким образом, если имеется расплав затвердевает при температуре tЕ1 в виде механической смеси – эвтектики из кристаллов А и АВ. По достижении температуры tи образовавшееся соединения распадается, в результате чего останется только смесь кристаллов А и В. Такой же процесс наблюдается и в правой части диаграммы с той лишь разницей, что в избытке будет компонент В, а компонент А полностью войдет в соединение АВ.

 

Сабақтың қысқаша мазмұны

Егер екі зат А мен В химиялық қосылыс АmBn түзетін болса, онда диаграммада осы қосылыстың құрамын көрсететін вертикаль сызық және температуралық максимум пайда болады.

Егер қосылыстар конгруэнтті балқитын болса, А компонентімен де В компонентімен де эвтектика пайда болады (диаграммадағы Е1 және Е2 нүктелері).

Құрамының вертикал сызығы диаграмманы екіге бөледі, оның әрқайсысын жеке екі жүйе ретінде қарастыруға болады. С құрамды қоспа tE1 температурасында балқи бастайды да tс температурасында сұйық күйге келеді. tх температурада бұл қоспа АmBn қосылысының кристалдарынан тұрады және D қоспасының балқымасынан тұрады. Фазалардың % құрамы рычаг ережесімен анықталады: конноданың ұзындығымен және оның I , II бөліктерінің ұзындығын өлшеп есептейді.

Ыдырай балқитын химиялық қосылыс түзетін жүйе күйінің диаграммасында ликвидус “көрінбейтін максимуммен” ыдырай сипатталады, ол АmBn құрамының жетуге болмайтын балқу температурасын көрсетеді. Жүйеде пайда болатын АmBn химиялық қосылыс tn температурасына дейін ыдырап, В затының кристалдары мен балқыма бөлінеді: АmBn В + балқыма (10 сурет).