ФМ окулык казакша

Сүр. 4.2.Химиялық қоспаның кристалдық торы

Қатты ерітінді қорытпасы дегенімізкомпоненттер арасындағы қатынас өзгере алатын қатты фаза. Олар кристалдық заттар болып табылады.

Қатты ерітінді бірдей дәндерден тұрады.(4.3 сур)

Сүр.4.3. Қатты ерітіндінің микроқұрылымыңың схемасы

Қатты ерітінді қорытпасының жіктелуі

Қатты ерітінділер компоненттің еру дәрежесіне байланысты былай бөлінеді: ●Компоненттердің шексіз еруі ●Компоненттердің шектелген еруі

Шексіз еру кезінде еріткіш компоненттің кристалдық торы ерітілген компоненттің концентрациясының көбеюіне байланысты ерітілген компоненттің кристалдық торына өтеді.

Шексіз еру ерітінді үшін болу керек: 1.Компоненттің кристалдық торының изоморфтылығы

2.Компоненттердің атомдар радиустарының жақындығы, олардың айырмашылығы 8-13% артық болмауы керек 3.Атомдардың физико-химиялық қасиеттерінің ұқсастығы

Компоненттердің шектелген еруі кезінде еріген заттың концентрациясы шектелген. Концентрациясы үлкею жағдайында біркелкі қатты ерітінді екі фазалық қоспа түзе отырып ыдырайды.

Еріткіштердің кристалдық торында ерітілген заттардың таралуына байланысты қатты ерітінділер былай бөлінеді:

●Орынбасу (замещения) ●Еңгізу (внедрения) ●Алу,азайту (вычитания)

Орынбасу ерітінділерінде еріткіштердің кристалдық тордағы атомның бір бөлігі ерітілген элементтердің атомдарымен орын басылады.(4.4 а)

23

Сүр.4.4.Қатты ерітінділердің орынбасу (а), еңгізу (б) кристалдық торы

Орынбасу ерітінділерінің түзілуі кезінде тордың периоды еріткіш пен ерітілген элементтің атом диаметрлерінің әртүрлігіне тәелді өзгереді.Егер ерітілген элемент атомы еріткіш атомынан үлкен болса, элементарлы ұяшықтар үлкееді,ал кіші болса, тартынады.Тор параметрлерінің кішіреюі оның қарапайымдылығына әкеледі.

Еңгізілген қатты ерітінділер еріткіштердің кристалдық торына ерітілген компоненттің атомдарын енгізу арқылы түзіледі. (4.4. б)

Егер ерітілген элемент атомдарының мөлшері кішкентай болса, мұндай ерітіндінің түзілуі мүмкін болады. Мұндай элементтерге Менделеев периодтық жүйесінің басындағы көміртегі, сутегі, азот, бор жатады. Атомның мөлшері атомаралық орыннан үлкен болса, бұл тордың бұзылуына әкеліп соқтырады. Мұндай ерітінділердің концентрациясы 2-2,5% аспайды.

Азайту (вычитания) қатты ерітінділері немесе ақаулары бар торлы ерітінділер химиялық қоспаның негізінде түзіледі.

Қорытпаның кристалдануы

Қорытпаның кристалдануы таза металдың кристалдануының заңдылықтарына сүйенеді.Міндетті шарт болып саналады жүйенің минимум бос энергиялы күйге өтуі. Сұйықтық пен кристалданатын фазаның арасындағы диффузиондық үрдістің маңыздығы ең үлкен айырмашылық болып табылады.

Қатты күйдегі қорытпаларда компоненттің қатты күйде ерігіштігі температура өзгеруімен аллотропиялық түрленуімен, қатты ерітінділердің ыдырауымен түсіндірілетін қайта кристалдану үрдісі жүреді.

Бұл түрленулерді қатты күйдегі фазалық түрлену деп аталады.

Қатты күйдегі қатты кристалдану кезінде кристалданудың центрлері пайда болады және өседі.

Әдетте кристалдану центрлері көне фазалардың дәндерінің шекараларында және қоспалар бар жерде (олар жаңа кристалдар центрлерін түзе алады) пайда болады. Біраз уақыт бойы көне және жаңа фазалардың ортақ жазықтықтары болады. Тордың мұндай байланысы когерентті байланыс деп аталады. Көне және жаңа фазалардың айырмашылығы болғанда, түрлену аралық фазалардың түзілуімен өтеді.

Қорытпаның кристалдану үрдісі күй диаграммаларда зерттеледі.

Күй диаграммасы

Күй диаграммасы – бұл концентрация мен температура тәуелділігіндегі кез-келген қорытпаның күйін сипаттайтын графикалық сурет (Сүр.4.5).

Күй диаграммасын құру термиялық талдау көмегімен жүзеге асырылады. Қорытындысында бір топ салқындату қисықтарын алады, фазалық өзгеру температураларда қыйлысу нуктелері мен температуралық кідірістерді байқауын мүмкіндік береді.

Фазалық түрленуге сай келетін температуралар критикалық нүктелер деп аталады.Кристалданудың басталуын сипаттайтын нүкте ликвидус, ал кристалданудың аяқталуын солидус нүктесі деп аталады.

24

Салқындату қисықтары бойынша диаграмма құрылады, абцисса осіне -концентрация, ал ордината осінетемпература.

Концентрация шкаласы В компоненттің құрамын көрсетеді. Ликвидус(1), солидус(2), қатты күйдегі фазалық түрленуге (3,4) сай келетін сызықтар негізгі сызықтар болып табылады. Күй диаграммасы бойынша фазалық түрленудің температурасын, фазалық құрамның өзгеруін, шамамен қорытпа құрамын, өңдеу түрлерін анықтауға болады.

Сүр. 4.5. Күй диаграммасы

Бақылау сұрақтары:

1.Қорытпа дегеніміз не?

2.Қорытпалардың түрлері

3.Қорытпа теориясындағы негізгі ұғымдар қандай?

4.Күй диаграммасын сипаттаңыз

5.Кристалдану дегеніміз не?

Глоссарий

Күй диаграммасы – бұл концентрация мен температура тәуелділігіндегі кез-келген қорытпаның күйін сипаттайтын графикалық сурет Фазалық түрленуге сай келетін температуралар критикалық нүктелер деп аталады

Орынбасу ерітінділерінде еріткіштердің кристалдық тордағы атомның бір бөлігі ерітілген элементтердің атомдарымен орын басылады Еңгізілген қатты ерітінділер еріткіштердің кристалдық торына ерітілген компоненттің атомдарын енгізу арқылы түзіледі.

Азайту (вычитания) қатты ерітінділері немесе ақаулары бар торлы ерітінділер химиялық қоспаның негізінде түзіледі.

Құрылысы мен қасиеттері әртүрлі элементтер арасында түзілетін қорытпа химиялық қоспа деп аталады.

Варианттылық (С-еркіндік дәреже саны)- жүйедегі фаза мөлшерін өзгеріссіз қалдырып, өзгертуге болатын ішкі және сыртқы факторлардың санын айтамыз(температура,қысым, конценрация).

Қорытпа дегенімізекі немесе одан да көп элементтерді қорыту арқылы алынатын зат.

5 Дәріс Қосқұрамдықорытпа күйінің диаграммасы

1.Қорытпалардың қатты күйде компоненттердің шексіз еритін күй диаграммасы (шексіз ериітін қатты күйдегі қорытпа)

2. Қатты күйде компоненттер ерімейтін қорытпалардың күй диаграммасы (механикалық қоспа)

3.Қатты күйде компоненттердің шекті ерігішті қорытпалардың күй диаграммасы

25

4.Компоненттері химиялық қосылыс түзетін қорытпаның күй диаграммасы

5.Қатты күйде фазалық өзгеріске ұшырамайтын қорытпаның күй диаграммасы

6.Қорытпа қасиеті мен күй диаграмма түрінің байланысы

Қорытпалардыңқатты күйде компоненттердің шексіз еритін күй диаграммасы

Қорытпаның күй диаграммасы мен салқындау қисығы 5.1 суретте көрсетілген.

Сүр.5.1. Қорыпалардың қатты күйдегі компоненттіңің шексіз ериітін күй диаграммасы (а); салқындау қисығы (б)

Ең бірінші термиялық қисықтар алынады. Алынған нүктелерді диаграммаға түсіреміз. Қорытпаның кристалдануының бастапқы және соңғы нүктелерін қосып, күй диаграммасын аламыз.

Алынған диаграммаға талдау жасайық: 1.Компонент саны К = 2 ( А және В компоненттері)

2.Фаза саны ƒ = 2 ( сұйық фаза L, қатты ерітінді кристалдары α) 3.Диаграмманың негізгі сызықтары:

• асв- ликвидус сызығы, бұл сызықтан жоғары орналасқан қорытпалар сұйық күйде болады.

•аdв- солидус сызығы, бұл сызықтан төмен, орналасқан қорытпалар қатты күйде болады. 4.Жүйенің мінездемелік қорытпалары:

А және В таза компоненттері тұрақты температурада кристалданады, В компонентінің салқындау қисығы 5.1.(б)суретте көрсетілген.

1-ші қорытпаның криталдануы: 1- нүктеге дейін қорытпа сұйық күйінде салқындайды. 1 нүктеге сәйкес температурада α қатты ерітіндісінің кристалдану ортасы пайда болады, салқындау қисығында сызықтың майысқандығын көруге болады (критикалық нүкте) ,ол кристалдануда жасырын жылудың бөлінуінен салқындау жылдамдығының төмендеуімен түсіндіріледі. 1-2 учаскіде төменгі температурада кристалдану жүреді, қомпонентті жүйедегі фаза ереже бойынша екі фазалы жүйеде (сұйық және қатты ерітінді кристалл α), (с = 2- 2+1=1) с =1 бірге тең болады. 2-нүктеге сәйкес температуралы алсақ, одан әрі қорытпа қатты күйге қалады, температураны төмендеткен сайн қорытпа қатты күйде салқындайды, және оның құрамы қатты ерітіндісінің (α) біркелкі кристалынан құралады.

Қорытпаның микроқұрылымының сұлбасы 5.2-суретте көрсетілген.

26

Сүр. 5.3.Компоненттің қатты күйдегі қорытпа (ерітіндісінің) еріткіштігінің жоқтығын көрсететін диаграмма(а) және салқындау қисығы (б)

Алынған диаграммаға талдау жасайық. 1.Компонент саны К = 2 (А және В компоненті)

2.Фаза саны ƒ = 3 (А компонент кристалы, В компонент кристалы, сұйық фаза) 3.Диаграмманың негізгі сызықтары:

•асв-ликвидус сызығы, бір нүктеде кездесетін екі тармақтан тұрады.

•есƒ- солидус сызығы, концентрация осіне паралель

4.Жүйенің ұқсас қорытпалары:

а)Таза компонеттер тұрақты температурада кристалданады 5.3.(б) суретте А компонентінің салқындау қисығы көрсетілген.

б) Эвтектикалық қорытпа – Ι қорытпаның (5.3.б) компонентінің көшірмесіне сәйкес келетін қорытпа.

Эвтектика - әртекті кристалдың ұсақ дисперсті, механикалық қоспасы, тұрақты және жүйедегі ең төменгі температурада кристалданады.

Механикалық қоспаның қорытпасында эвтектика А және В компоненттерінен тұрады. (кр.А + кр.В)

Эвтектикалық қорытпаның кристалдану үрдісі:

Ιнүктеге дейін қорытпа сұйық күйінде салқындайды. Ι нүктеге сәйкес температурада екі әртекті копоненттің бір уақытта кристалдануы басталады. Салқындау қисығында температурлық кідіріс байқалады, яғни екі компонентті жүйедегі үш фаза туралы ереже бойынша үрдіс тұрақты температурада жүреді (сұйық және А,В кристалдары), еркіндік дәрежесі 0-ге тең болады. (с = 2-3+1=0)

Ιнүктеде кристалдану үрдісі аяқталады. Ι нүктеден төменрек әртекті дисперсті А және В компонентінің кристалынан тұратын қорытпа салқындайды.

в) Жүйенің басқа қорытпалары ΙΙ қорытпаға сәйкес; қорытпаның салқындау қисығын 5.3. б суреттен көруге болады.

ΙΙқорытпаның кристалдану үрдісі: Ι нүктеге дейін қорытпа сұйық күйде салқындайды. Ι нүктеге сәйкес температурада артық В компоненттің кристалдану орталығы пайда бола бастайды. Салқындау қисығында майысу сызығы көрінеді (критикалық нүкте), ол кристалдануда жасырын жылудың бөлінуінен салқындау жылдамдығының төмендеуімен түсіндіріледі. 1-2 учаскіде төменгі температурада кристалдану жүреді, компоненті жүйедегі фаза ережесі бойынша екі фазалы жүйеде (сұйық және В компонентінің кристалы) с = 2-2+1= 1 тең болады. Салқындау кезінде сұйық фазаның құрамы ликвидус сызығы бойынша эвтектикалыққа дейін өзгереді. 2-2 ′ учаскіде эвтектика кристалданады, (эвтектикалық қорытпаның кристалдануын қара). 2 нүктеден төмен алғаш кристалданған артық В компоненттен және эвтектикадан тұратын қорытпа салқындайды.

28

Қорытпаның микроқұрылымының сұлбасы 5.4 суретте көрсетілген.

Сүр. 5.4 .Қорытпаның микроқұрылымының сұлбасы,а-эвтектикаға дейн,б-эвтектикалык, в- эвтектикадан кейн

5.Сандық құрылымдық-фазалық талдау кезінде берілген нүктеден өткен канода компонент осінің ликвидус сызығын қияды, сондықтан қатты фазаның құрамы: 100% А компоненті, не 100% В компоненті болады.

Қатты күйде компоненттердің шекті ерігішті қорытпалардың күй диаграммасы

Қорытпаның күй диаграммасы мен салқындау қисығының диаграммасы 5.5- суретте көрсетілген.

1.Компонент саны: К= 2 (А және В компоненті)

2.Фаза саны: ƒ =3 (сұйық фаза және α (А компонентте В компонентінің ерітіндісі), β (В компонентте А компонентінің ерітіндісі), қатты ерітіндісінің кристалдары. 3.Диаграмманың негізгі сызықтары:

•асв- ликвидус сызығы, бір нүктеде кездесетін екі тармақтан тұрады.

•аdcƒв- солидус сызығы, үш учаскіден тұрады;

•dm- В компонентінің А компонентіндегі шектеулі концентрациясының сызығы;

•ƒn- А компонентінің В компонентіндегі шектеулі концентрациясының сызығы;

4.Жүйенің типтік қорытпалары:

Белгіленген мөлшерден тыс шықпайтын компоненттің концентрациясында, қорытпа қатты күйдегі компонентінің шексіз ерігіштігіне ұқсас кристалданады. (5.5. сурет Ι қорытпаның салқындау қисығы). Белгіленген мөлшерден тыс шығатын компонент концентрациясында (dcƒучаскі) қорытпа механикалық қоспаға сәйкес кристалданады. (ΙΙ қорытпадағы салқындау қисығы, 5.5 (б) сурет).

29

Сүр. Компоненттің қатты күйіндегі қорытпа ерігіштігінің шектеулі екенін көрсететін диаграмма(а) және типтік қорытпалардың салқындату қисығы (б)

С нүктесіне сәйкес келетін қорытпа-эвтектикалық болып табылады. Қорытпа қатты ерітіндінің α және β, және ұсақ дисперсті кристалдан құралған.

Таза күйдегі компоненттің кристалдары бірде-бір қорытпада кездеспейді.

Компоненттері химиялық қосылыс түзетін қорытпаның күй диаграммасы

Күй диаграммасы 5.6-суретте келтірілген.

Сүр. 5.6. Компоненттері химиялық қосылыс түзетін қорытпаның күй диаграммасы

Күй диаграммасы күрделі, бірнеше қарапайым диаграммадан құралған. Компоненттің саны мен диаграмманың мөлшері жүйенің негізгі компонентінің қанша химиялық қосылыс құрағанына байланысты болады.

Фаза саны мен қарапайым диаграмманың көрінісі компоненттердің өзара ара қатынасының байланысымен анықталады.

Эвт1(кр.А + кр.АmВn); Эвт2(кр.В + кр.АmВn).

30

Қатты күйде фазалық өзгеріске ұшырайтын қорытпаның күй диаграммасы

Күй диаграмманың жағдайы 5.7 суретте келтірілген.

Сыртқы көрінісіне қарағанда диаграммамен компоненттің қатты күйіндегі қорытпа ерігіштігінің шектеулігі көрсететін диаграммаға ұқсас. Айырмашылығы шектеулігі ерігіштің сызығы концентрация осіне перпендикуляр емес. Температура төмендегенде біртекті қатты ерітіндіден екінші реттік фазалар аймақтары пайда болады.

Диаграммада:

•df- В компонентінің А компонентіндегі ауыспалы шектеулі еріткіштігінің сызығы.

•ek- А компонентінің В компонентіндегі ауыспалы шектеулі еріткіштігінің сызығы.

Сүр.5.7. Қатты күйде фазалық өзгеріске ұшырайтын қорытпаның күй диаграммасы(а) және салқындау қисығы (б)

Ιқорытпаның кристалдану үрдісі:

1нүктеге дейін қорытпа сұйық күйде салқындайды. 1нүктеге сәйкес температурада, α қатты ерітіндісінің кристалдану орталығы пайда бола бастайды. 1-2 учаскіде төменгі температурада кристалдану жүреді. 2 нүктеге сәйкес температурада қорытпа қатаяды, одан кейінгі температураны төмендеткенде қорытпа қатты күйде салқындайды, ол α ерітіндісінің біртекті кристалынан тұрады. 3 нүктеге сәйкес температурада α қатты температурасы қанықан В компонентіне айналады. Одан да төменгі температурада екінші компоненттің

ерігіштігі төмендейді, сондықтан α- ерітіндісімен βΙΙ түріндегі артық кристалл бөлініп шығады. 3 нүктеден кейн қорытпа екі фазадан: α ерітіндісінің кристалы және βΙΙ қатты ерітіндісінің екінші реттік кристалы.

Қорытпа қасиеті мен күй диаграмма түрінің байланысы

Диаграмма түрі мен қорытпа қасиеті қандай қосылыс және қандай фаза түзетініне байланысты болғандықтан олардың арасында белгілі бір тәуелділік болу керек. Бұл тәуелділік Курнаковпен орнатылған, 5.8-сурет.

31

Сүр. 5.8. Қорытпа қасиеті мен күй диаграмма түрінің байланысы

а) Механикалық қоспа түзелгенде қасиеттері сызықтық заңдылықпен өзгереді. Қорытпа қасиеттері мінездемесінің мәні таза компонент мінездемелерінің интервалы аралығында болады.

б) Шексіз ерігіш қатты ерітінді түзелгенде қорытпаның қасиеттері қисық сызық бойынша өзгереді, сонымен қатар, электркедергілігі сияқты қасиеттері компонент қасиеттерінен өзгеше болуы мүмкін.

в) Шектеулі ерігіштікті қатты ерітінді түзелсе, концентрация интервалында қорытпа қасиеттері, бір фазалы қатты ерітіндіге сәйкес қисық сызық бойынша, ал екі фазалы аймақта

– сызықтық заңдылықпен өзгереді. Түзеудің бойындағы шеткі нүктелері, осы қоспаны құрайтын аса қаныққан таза фазаның қасиеттері болып табылады.

г) Химиялық қосылыстар түзелгенде химиялық қосылыстар концентрациясы қисықтың максимумы болып табылады. Химиялық қосылыстың иілу нүктесі сингулярлы нүкте деп аталады.

Бақылау сұрақтары:

1.Қорыпалардың қатты күйдегі компоненттің шексіз ериітін күй диаграммасын талдаңыз 2.Қандай қоспа түзілгенде қоспа қасиеттері сызықтық заңдылықпен өзгереді?

3.Қандай ерітінді түзелгенде қорытпаның қасиеттері қисық сызық бойынша өзгереді?

4. Қатты күйде фазалық өзгеріске ұшырайтын қорытпаның күй диаграммасының компоненттің қатты күйіндегі қорытпа ерігіштігінің шектеулігі көрсететін диаграммадан айырмашылығы 5.Сингулярлы нүкте дегеніміз не?

Глоссарий

Эвтектика - әртекті кристалдың ұсақ дисперсті, механикалық қоспасы, тұрақты және жүйедегі ең төменгі температурада кристалданады.

Күрделі күй диаграммасы, бірнеше қарапайым диаграммадан құралған

Химиялық қосылыстар түзелгенде химиялық қосылыстар концентрациясы қисықтың максимумы болып табылады. Химиялық қосылыстың иілу нүктесі сингулярлы нүкте деп аталады.

32