Лекция 5 Фазовые равновесия

Фазовые равновесия G A+B α равн С+D Процесс идет самопроизвольно, если ΔG < 0. Когда ΔG = 0 – равновесие. Любая система, как правило сложна, и состоит из нескольких компонентов и фаз.

Фаза – гомогенная (макроскопически однородная) часть системы H 2 + Cl 2 2HCl (гомофазная система) Zn + 2H. Zn.. + H 2 (гетерофазная система)

Композит (W + ThO 2, Ni + ZrO 2 ) из двух фаз 4 FeO Fe + Fe 3 O 4 t пер = 570ºС 3 фазы – диспропорционирование Компонент – индивидуальное вещество, являющееся независимой составной частью системы

H 2, O 2, H 2 O – при отсутствии реакции 3 компонента, p H 2, p O 2, p H 2 O 2H 2 + O 2 2H 2 O, p H 2 O = f (p H 2, p O 2 ) 2 компонента

2H 2 O 2H 2 + O 2 Если p H 2 = 2p O 2, то p H 2 O = 2p O 2 ³/² (K p ) -½ ; 1 компонент

Пусть система состоит из двух фаз и в ней (dn i ) молей i - компонента переносится из фазы 1 в фазу 2 (лед вода) (5.1) (5.2)

В условиях равновесия ΔG = 0 Следовательно µ i (2) = µ i (1) (5.3) Если в системе не две, а Р – фаз, то для каждого i - компонента µ i (1) = µ i (2) = µ i (3) = … = µ i (р) (5.4)

Пусть система состоит из Р - фаз и С - компонентов Для каждого компонента имеем (Р-1) – уравнение А для всех С – компонентов имеем (Р-1)·С - уравнений

Число переменных Т, р Число независимых параметров (степеней свободы) F = P(C-1) + 2 – (P-1)C = PC – P + 2 – PC + C (5.5) Правило фаз Гиббса Р 1, С 1 F = C – P + 2 P(C - 1) + 2

Однокомпонентная система С = 1, F = 3 – P (5.6) P = 1; F = 2 - поле P = 2; F = 1 - линия Р = 3; F = 0 - точка

Конденсированная система в равновесных условиях F = C – P + 1 (постоянное давление) Al т Al ж C = 1 C = 1 C = 1 P = 1 P = 2 P = 1 F = 1 F = 0 F = 0 (t m ) Al = 659ºC при Р = 1 атм

Бинарная конденсированная система (полная нерастворимость) Na – Al Li - K F = C – P + 1

Бинарная система А - В с эвтектикой (полная растворимость в расплаве и нерастворимость в твердом состоянии) A B E M N L B S +LA S +L A S + B S TBTB мольная доля В TATA

2 х компонентная конденсированная система с образованием химического соединения (полная растворимость в расплаве, полная нерастворимость в твердой фазе) LL A S + AB S B S + AB S AB S +L A S +L B S +L ABBA

Фазовая диаграмма 2 х – компонентной конденси- рованной системы с несколькими химическими соединениями (полная растворимость в расплаве, полная нерастворимость в твердой фазе) Е1Е1 Е2Е2 Е3Е3 А В

A B E N MP F = C - P + 1 Бинарная конденсированная система - полная растворимость в расплаве - частичная растворимость в твердом состоянии

L + S L S 2-х компонентная конденсированная система - компоненты неограниченно растворимы друг в друге в твердом и жидком состоянии

L AB S + B L + B A + S A + L L + S S L + A Инконгруэнтное плавление