ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вещества, неограниченно растворимые в жидком и нерастворимые в кристаллическом состоянии из "Практические работы по физической химии" Ниже рассмотрены диаграммы состояния следующих типов бинарных сплавов 1) вещества, неограниченно растворимые в жидком и нерастворимые в кристаллическом состоянии 2) вещества, образующие устойчивые химические соединения 3) вещества, неограниченно растворимые и в жидком и в кристаллическом состоянии, и 4) вещества, неограниченно растворимые в жидком и ограниченно растворимые в кристаллическом состоянии. [c.86] Можно показать с помощью уравнения фаз, что в процессе кристаллизации чистого вещества температура должна оставаться постоянной. На участке da при охлаждении одной жидкой фазы число степеней свободы з= +1—/=1+1—1 = 1, поэтому температура может меняться произвольно. Состав здесь не меняется (чистое вещество), давление постоянно. В точке а начинается кристаллизация, и при наличии двух фаз (жидкой и кристаллической) число степеней свободы 5= +1—/=1+1—2=0, т. е. система нонвариантна—температура должна оставаться постоянной, пока имеются две фазы (участок аа на рис. 16, б). Когда кристаллизация закончена, т. е. исчезла жидкая фаза, снова появляется одна степень свободы (5=1 + 1—1 = 1), и происходит дальнейшее охлаждение кристаллов кадмия (участок ае на рис. 16, б). [c.87] Если нагреть сплав кадмия и висмута (например, содержащий 70% Сс1 и 30% В1) выше его температуры плавления (например, до точки /, рис. 16, а)г а затем начать охлаждать, то участок /g будет характеризовать охлаждение однофазного жидкого распЛа-ва бинарной системы. Число степеней свободы на этом участке 5=й+1—/=2+1—1=2, т. е. можно произвольно менять два параметра—температуру и состав (р=соп81), сохраняя существование одной жидкой фазы. [c.88] Наличие двух степеней свободы графически изображается на диаграмме состояния плоскостью. В данном случае—это участок диаграммы, ограниченный снизу кривыми ас и с и сбоку ординатами А VI В. Пара в этой области нет, если внешнее давление превышает равновесное давление пара над жидким расплавом. При более высоких температурах, когда равновесное давление пара достигнет внешнего, появится область существования пара (на диаграмме не изображена). [c.88] Графически наличие одной степени свободы характеризуется на диаграмме состояния линией (в данном случае кривая ас, рис. 16, а, дающая зависимость температуры кристаллизации от состава расплава). [c.89] Аналогичные рассуждения можно провести для случая кристаллизации чистого висмута (кривая тЬЬп) и кристаллизации его из расплавов, содержащих добавки кадмия (например, кривая 1ксс1). [c.89] В точке пересечения кривых кристаллизации кадмия и висмута (точка с), называемой эвтектической, происходит одновременная кристаллизация кадмия и висмута в виде мелкозернистой смеси, в которой можно различить кристаллики каждого компонента. Таким образом, во время кристаллизации в точке с одновременно существуют три фазы—две кристаллические и одна жидкая. [c.89] Число степеней свободы 5= +1—/=2+1—3=0. Пока существуют три фазы, ни температура, ни состав не могут быть изменены произвольно, т. е. кристаллизация должна идти при постоянной температуре и при постоянном составе. [c.89] Графически это выражается точкой на диаграмме температура— состав (точка с) и горизонталью на диаграмме температура—время (участки сс). [c.89] Когда кристаллизация закончена, остаются две кристаллические фазы, и снова появляется одна степень свободы (5=2+1—2= = 1), т. е. температура может изменяться (участки ск, с1 и ср). [c.89] Как видно из кривых, при охлаждении сплава любого состава вначале выделяются кристаллы одного из веществ (находящегося в избытке по сравнению с его содержанием в эвтектической точке) до тех пор, пока состав расплава не будет отвечать эвтектическому, после чего кристаллизация пойдет при постоянном составе расплава и при постоянной температуре. [c.89] У сплава, точно отвечающего эвтектическому составу, при достижении температуры эвтектики будут выделяться сразу кристаллы обоих веществ при постоянной температуре (кривая осср, рис. 16, б). [c.89] Эвтектический сплав имеет самую низкую температуру плавления (из возможных для сплавов данной пары) и благодаря своей мелкозернистости отличается особыми механическими свойствами по сравнению со сплавами другого состава этой же системы. [c.89] Рассмотренная диаграмма позволяет решить вопрос, в каком состоянии находится система, образованная данной парой веществ,, при различных температурах. [c.89] Распределение областей равновесного существования определенных сочетаний фаз ясно из рис. 16, а. Так, например, сплав, содержащий 20% Bi и 80% d при 225° (точка г), представляет собой гетерогенную систему 2, состоящую из кристаллической и жидкой фаз. Чтобы определить состав этих фаз, надо провести горизонталь (ноду) через г до пересечения с границами области, в которой лежит эта точка. Перпендикуляр, опущенный из точки t, покажет состав кристаллической фазы (в данном случае это кристаллы чистого кадмия), а перпендикуляр, опущенный на ось абсцисс из точки s, покажет состав расплавленной фазы, обогащенной висмутом по сравнению с первоначально взятой смесью (в расплаве будет 40% Bi и 60% d). [c.90] Это соотношение называется правилом рычага. Как будет видно далее, правило рычага применимо для вычисления относительных количеств находящихся в равновесии фаз в любых гетерогенных системах. [c.90] Диаграммы рассмотренного типа характерны не только для металлических сплавов, но и для некоторых сплавов солей (например, Ag l—K l, Na l—NajSO ), органических веществ (нафталин—бензойная кислота, нафталин—дифениламин и др.), для водных растворов солей. В последнем случае одна из ветвей диаграммы представляет собой кривую кристаллизации воды, а вторая ветвь—кривую кристаллизации соли. В большинстве случаев ось состава не доходит до 100% соли, так как растворимость солей в воде ограничена. [c.90] Вернуться к основной статье