Zwei-Komponenten-Phasendiagramme

Wir haben zuvor bei zweikomponentigen siedenden Diagramme aussehen. Diese Diagramme sind Beschreibungen des Zustands des Systems auf einem Diagramm der Temperatur gegenüber der Zusammensetzung (bei konstantem Druck). Bei hohen Temperaturen ist das System alle in der Gas (oder Dampf) Phase. Bei den niedrigeren Temperaturen ist das System in der flüssigen Phase. Zwischen diesen beiden Situationen gibt es einen Bereich, in dem es zwei Phasen (Flüssigkeit und Dampf) im Gleichgewicht miteinander.

Wenn wir weiterhin zur Kühlung des Systems werden wir schließlich eine Temperatur erreichen, wo eine oder beide der reinen Komponenten einfrieren. Bei Temperaturen um und unter den Schmelzpunkten wird das Phasendiagramm aussehen etwas wie das folgende hypothetische Phasendiagramm Einbeziehung eines Stoffes „A“ und einer Substanz, „B“ In diesem Diagramm sind Plotten wir Temperatur gegen den Molenbruch der Substanz B.

entlang der gepunkteten Linie beginnend am Punkt Lassen Sie sich einen Punkt in dem Flüssigkeitsbereich auf dem obigen Diagramm wählen, und das System bei konstanter Zusammensetzung und Druck cool „a.“

Wenn man von Punkt A nach Punkt B nichts passiert viel. Wir Kühlung nur die Flüssigkeit (oder Schmelze). Am Punkt B, jedoch beginnen wir eine reine Komponente A. auszukristallisieren Wenn wir die gekrümmte Linie an dem Punkt kreuzen b wir in einen Zweiphasenbereich bewegen. In diesem Diagramm sind die beiden Phasen reine Komponente A und die flüssige Mischung. Wie wir bereits wissen, in einem Zweiphasenbereich müssen wir zwei verschiedene Zusammensetzungen verfolgen, so dass wir eine Verbindungslinie zu ziehen. In diesem Fall verläuft die Verbindungslinie von dem Punkt b Punkt c. Wo die Verbindungslinie der geschlossene Kurve bei b schneidet gibt die Zusammensetzung der flüssigen Phase. In diesem Diagramm das andere Ende der Verbindungslinie schneiden, die Kante des Diagramms zu reinen festen A (Punkt C). Als wir das System die Verbindungslinien zu verfolgen, die Zusammensetzung der flüssigen und festen Phasen kühlen fortzusetzen. Zu der Zeit, erhalten wir den Punkt D das linke Ende der Verbindungslinie (Punkt e) immer noch den reinen Feststoff A. Verfolgt die rechte Ende der Verbindungslinie, die flüssige Zusammensetzung bei Punkt f nachverfolgt. Beachten Sie, dass die Flüssigkeit am Punkt f ist viel reicher an Komponente B. Das ist, weil wir von der Lösungskomponente A Entfernen sie wurden durch Auskristallisieren.

Die Gibbs Phasenregel sagt uns die Varianz in den einzelnen Regionen. Da es sich um ein Zweikomponentensystem die Varianz von v = 2 + c gegeben ist, - p = 4 - p. Einer der Freiheitsgrade der Varianz beiträgt, ist Druck, aber da der Druck konstant ist in diesem Diagramm müssen wir Druck betrachten, wie die senkrecht zur Ebene des Bildschirms aufgetragen ist. Es ist üblich, die „reduzierte Varianz,“ v‘zu definieren. als nur die Varianz in der Ebene des Diagramms. Das heißt, die reduzierte Varianz der Phasenregelabweichung minus der Druckgröße. p - Die reduzierte Varianz wird in einem Zweikomponenten-Phasendiagramm von v‘= 3 gegeben. In dem obigen Schema ist die reduzierte Varianz 2 in dem Flüssigkeitsbereich. (Sie können Temperatur und Zusammensetzung ändern willkürlich über einen angemessenen Bereich.) In den Zwei-Phasen-Regionen, wie die A (s) + Flüssigkeit oder B (s) + Flüssigkeit, Regionen die reduzierte Varianz 1. In diesen Regionen ist, wenn Sie ändert die Temperatur die Zusammensetzung der flüssigen Phase ändern muss. (Obwohl die Zusammensetzung der Festphase wird in diesen Fällen nicht ändern, weil die feste Phase rein A oder reines B.)

Die reduzierte Varianz in der festen Lösung Regionen markierte α (n) und β (n) ist 2, da diese Bereiche eine Phasenregionen sind. Die reduzierte Varianz in den anderen Regionen ist das gleiche wie in dem Phasendiagramm ohne Fest-Fest-Löslichkeit. Auf diesem Diagramm ist es einfacher zu verstehen, warum die reduzierte Varianz 1 im Bereich der Bezeichnung α ist (s) + β (s). Die Zusammensetzung der beiden Festlösungsphasen im Gleichgewicht ändert sich leicht, wenn die Temperatur verändert wird.

Silber und Kupfer Form fest-feste Lösungen ähnlich das obigen Diagramm, in dem die Feststoff-Feststofflöslichkeit einer Komponente in dem anderes nicht sehr groß ist.

Diffusion in Festkörpern ist sehr langsam bei Raumtemperatur. Diffusion ist viel schneller bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt der Komponenten. Es ist eine Skulptur in einem Manhattan Park des Titel 3000 A. D. Aluminium / Magnesium von Terry Fugate-Wilcox. Es ist ein Turm von Stücken aus Aluminium und Magnesium abwechselt. Vermutlich Fest-Fest-Diffusion wird die Skulptur zu einer homogenen Fest feste Lösung aus Aluminium und Magnesium durch das Jahr 3000 zu transformieren.

Die obige Phasendiagramm zeigt die Bildung einer Verbindung zwischen A und B. Die Verbindung, die durch die vertikale Linie von einem Punkt dargestellt wird 3. Sie die Formel der Verbindung aus der Zusammensetzung kann sagen, XB. Es sieht aus wie die Verbindung einen Molenbruch von B von 1/3 hat. Das bedeutet, dass in der Verbindung, um die Formel der Verbindung uns für die kleinsten ganzen Zahlen für nA und nB aussehen zu finden, das diese Gleichung erfüllen. In diesem Fall sieht es so aus der Gleichung 2 durch Einstellen nB = 1 und NA = Dann wird gelöst, so dass die Formel der Verbindung A2 B.

Das Diagramm markiert ist wie folgt: 1 = liquid
2 = MP von A
3 = MP der Verbindung A2 B
4 = MP von B
5 = eutektische von A und B A2
6 = Eutektikum von A2 B und B
7 = A (s) + liquid
8 = liquid A2 + B (s)
9 = A2 B (s) + liquid
10 = liquid + B (s)
11 = A (n) + A2 B (s)
12 = A2 B (n) + B (s)

Es gibt viele mögliche Variationen und Kombinationen möglich mit diesen Themen. Beispielsweise,

Oder noch interessanter,
Wir werden es dem Leser überlassen, diese beiden hypothetischen Phasendiagramme zu verstehen und zu analysieren.

Phasendiagramme, einige viel komplizierter als die hier vorgestellten Beispiele, sind sehr wichtig in Bereichen wie Metallurgie, Werkstoffkunde, Geologie und Geophysik, Planetologie, und vieles mehr. Einige der wichtigsten beinhalten mehr als zwei Komponenten. Diese sind über den Rahmen der vorliegenden Diskussion.

Wenn man sich die Zusammensetzung einer reinen Verbindung beginnt dann kühlt dem System relativ schnell, bis zum Schmelzpunkt der Verbindung kommen. Am Schmelzpunkt hält die Temperatur konstant bei der Schmelztemperatur, bis die gesamte Flüssigkeit zu Feststoff umgewandelt wurde. Dies ist ein „Halt“ genannt. Dann sinkt die Temperatur schnell wieder. Dasselbe geschieht bei der Zusammensetzung eines Eutektikums. Die Temperatur sinkt relativ schnell, bis der eutektische Schmelzpunkt treffen und dann „hält“, bis die gesamte Flüssigkeit zu Feststoff umgewandelt wurde, dann sinkt die Temperatur schnell wieder.

Wenn man sich eine Zusammensetzung zwischen einer reinen Verbindung starten und dem Eutektikum der Temperatur relativ schnell abfällt, bis die Temperatur von einem der fest / flüssig-Phasengrenze treffen. An diesem Punkt setzt die Mischung abkühlen, aber viel langsamer, weil das System ausfällt allmählich eine reine Verbindung aus, wenn sie abkühlt und die Schmelzwärme muss, damit das System abgeführt werden, um abzukühlen. Das obige Diagramm zeigt, auf der linken Seite eine einfache hypothetische Phasendiagramm (Substanz A mit der Substanz B). Auf der rechten Seite befindet sich ein Satz von Koordinatenachsen für eine Auftragung der Temperatur gegen die Zeit (die gleiche Temperaturskala). Da diese dumme Microsoft Word / Powerpoint Kombination mir alle Kühlkurven in einem Diagramm nicht lassen platzieren werde ich Ihnen zeigen fünf Graphen von Kurven bei unterschiedlichen Zusammensetzungen zu kühlen.

Die erste Kühlkurve wird für rein A sein: Wie wir reine Flüssigkeit A nicht viel kühlen geschieht, bis wir den Schmelzpunkt von A. Am Schmelzpunkt von A der Kurve nimmt erreichen „halt.“ Das heißt, die Temperatur konstant hält, bis die gesamte Flüssigkeit wird in festen umgewandelt. Die Temperatur bleibt konstant für einen bestimmten Zeitraum, weil unser Kühlmechanismus, was auch immer es ist, die Schmelzwärme zu entfernen, die abgegeben wird, wenn die Flüssigkeit umwandeln in fest ist. Wenn die gesamte Flüssigkeit wird dem Feststoff umgewandelt worden wir beginnen Kühlung des Feststoff und sonst nichts von Interesse geschieht (es sei denn, dass ein Fest-Fest-Phasenübergang bei einer niedrigeren Temperatur, die nicht auf unserer Grafik dargestellt wird.)

Unsere zweite Kühlkurve für eine Mischung sein, mit der Zusammensetzung zwischen reinen A und dem Eutektikum. Auf dieser Abkühlungskurve haben wir eine Pause (Änderung der Steigung) an dem Punkt, wo A (s) auszufallen beginnt. Das System kühlt sich in der Pause langsamer, weil A (s) ist crysalizing (Einfrieren) und die Schmelzwärme bei diesem Prozess freigesetzt werden müssen zusätzlich zu dem in einfach Absenken der Temperatur entfernt Wärme abgeführt werden.

Die nächste Kühlkurve wird bei der Zusammensetzung des Eutektikums sein. Es passiert nichts, bis wir den Schmelzpunkt des Eutektikums erreichen, an welchem Punkt die Temperatur bleibt konstant, bis das gesamte Material erstarrt ist. Unsere vierten Girren Kurve bei einer Zusammensetzung zwischen dem eutektischen sein und reinem B. Wir erwarten, einen Bruch an der Stelle, um zu sehen, wo die Temperatur kreuzt die Flüssig / Fest-Phasengrenze und einen Halt am Schmelzpunkt des Eutektikums. Und wir tun.

Kühlkurve für reinen B. sein Alles, was wir für die Kühlkurve von reinem B erhalten, ist ein Halt am Schmelzpunkt von B.

Es ist nicht so sehr von Interesse aus dem Phasendiagramm auf einen Satz von Kühlkurven zu gehen (obwohl Sie sollten in der Lage, das zu tun). Das Hauptinteresse ist das Phasendiagramm von einem Satz von Abkühlungskurve zu erhalten. Experimentelle Daten sind oft in der Form eines Satzes von Abkühlungskurve (oder sogar in einer Spezifikation der Pausen und halten bei verschiedenen Zusammensetzungen). Aus diesen Daten kann man das Phasendiagramm konstruieren.

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