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.

Лекция №12 « Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с химическим соединением»

Краткое содержание лекции

Часто в бинарной системе образуются новые химические соединения. Если вещества А и В образуют химическое соединение А_mВ_n, 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 точкиЕ₁иЕ₂).

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 A_mB_n. Например, смесь составаС начнет плавиться при температуре и полностью перейдет в жидкое состояние при температуреt_С . При температуреt_хэта смесь будет состоять из кристаллов соединенияA_mB_nи расплава состава D. Содержание фаз (%) находится по правилу рычага: измерением длины конноды и ее отрезковІ и ІІ. Длина отрезкаІ 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 A_mB_n. Образующееся в системе химическое соединениеA_mB_nпри нагревании до температурыt_n разлагается, выделяя кристаллы В и расплав:A_mB_nВ + Расплав

Точка П, характеризующая состав расплава, возникающего при разложении соединенияA_mB_n , 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 t_П происходит перитектическая реакция между твердым веществом и расплавом. В результате реакции образуются кристаллы химического соединенияA_mB_n.

Если кристаллы В выпадали в избытке по сравнению с их массовой долей, необходимой для реакции (смесь а), то при температуреt_П произойдет полное затвердевание расплава в виде смеси кристаллов В иA_mB_n. При избытке расплава (смесьb) последний сохраняется вплоть до эвтектической температурыt_Е. Выпавшие кристаллы В полностью расходуются в процессе реакции, и при дальнейшем охлаждении смеси нижеt_Ппроисходит кристаллизация соединенияA_mB_nнепосредственно из расплава. При температуреt_Екристаллизуется 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 температуреt_Е, то ниже эвтектической температуры остается лишь механическая смесь кристаллов А и В. Однако возможны случаи, когда при дальнейшем понижении температуры доt_и 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 t_иснова распадается на составные части. Диаграмма, отражающая подобные процессы, отличается тем, что вертикальная линия, характеризующая наличие химического соединения, имеется лишь между определенными температурамиt_и1иt_и2 (рис. 11,б).

На диаграмме (рис 11, в) отражено образование химического соединения АВ, плавящегося без разложения, но существующего лишь в области высоких температур. При температуреt_исоединение АВ распадается на составные части. Таким образом, если имеется расплав затвердевает при температуреt_Е1в виде механической смеси – эвтектики из кристаллов А и АВ. По достижении температурыt_иобразовавшееся 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 А_mB_n 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 Е₁және Е₂нүктелері).

Құрамының вертикал сызығы диаграмманы екіге бөледі, оның әрқайсысын жеке екі жүйе ретінде қарастыруға болады. С құрамды қоспа t_E1температурасында балқи бастайды да t_с температурасында сұйық күйге келеді. t_хтемпературада бұл қоспа А_mB_nқосылысының 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 А_mB_nқұрамының жетуге болмайтын балқу температурасын көрсетеді. Жүйеде пайда болатын А_mB_nхимиялық қосылыс t_nтемпературасына дейін ыдырап, В затының кристалдары мен балқыма бөлінеді: А_mB_nВ + балқыма (10 сурет).