Диаграммы равновесия двухкомпонентных систем

Рис. 6. Диаграмма равновесия двухкомпонентной азеотропной системы с минимумом давления (максимумом температуры кипения)

На основании температур начала кристаллизации двухкомпонентной системы 1) постройте диаграмму фазового состояния (диаграмму плавкости) системы А —В 2) обозначьте точками / — жидкий расплав, содержащий а % вещества А при температуре Тй II — расплав, содержащий а % вещества А, находящийся в равновесии с кристаллами химического соединения III — систему, состоящую из твердого вещества А, находящегося в равновесии с расплавом, содержащим Ь % вещества А IV — равновесие фаз одинакового состава V — равновесие трех фаз 3) определите состав устойчивого химического соединения 4) определите качественный и количественный составы эвтек-тик 5) вычертите все типы кривых охлаждения, возможные для данной системы, укажите, каким составам на диаграмме плавкости эти кривые соответствуют 6) в каком фазовом состоянии находятся системы, содержащие с, е % вещества А при температуре Т Что произойдет с этими системами, если их охладить до температуры Т 7) определите число фаз и число условных термодинамических степеней свободы системы при эвтектической температуре и молярной доле компонента А 95 и 5 % 8) при какой температуре начнет отвердевать расплав, содержащий с % вещества А При какой температуре он отвердеет полностью Каков состав первых кристаллов 9) при какой температуре начнет плавиться система, содержащая й % вещества А При какой температуре она расплавится полностью Каков состав первых капель расплава 10) вычислите теплоты плавления веществ А и В 11) какой компонент и сколько его выкристаллизуется из системы, если 2 кг расплава, содержащего а % вещества А, охладить от Тх до Г, [c.247]

Рис. УП-2. Диаграмма фазового равновесия двухкомпонентной системы, образованной из двух частично смешивающихся жидкостей.

Рис. 5. Диаграмма равновесия двухкомпонентной азеотропной системы с максимумом давления (минимумом температуры кипения)

Рис. 106. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы без химических соединений с твердыми растворами неритектического типа и монотектическим равновесием ниже переходной точки.

Графическое представление фазовых равновесий (фазовые диаграммы). Изучение фазовых равновесий в более сложных случаях (несколько компонентов, несколько фаз) почти невозможно без применения графических методов. Равновесие в одно- и двухкомпонентных системах достаточно легко можно представить на диаграмме (или на диаграммах) в прямоугольной системе координат. Когда число компонентов системы велико, графическое представление равновесий и интерпретация фазовых диаграмм затруднены. Ограничимся разбором общих правил построения фазовых диаграмм и рассмотрим несколько простых типичных примеров. Составление диаграмм обычно основывается на принципах соответствия и непрерывности (Курнаков [21]). [c.184]

Обоснование основных типов диаграмм состояния двухкомпонентных систем при помощи кривых концентрационной зависимости изобарно-изотермического потенциала. Выше отмечалось, что сочетание различных видов двухфазных и трехфазных равновесий позволяет вывести все принципиально возможные типы диаграмм фазового равновесия. Покажем это на примере некоторых важнейших диаграмм. Рассмотрим фазовые соотношения в системе с наличием трехфазного эвтектического равновесия. [c.283]

На рис. 44 представлен тип диаграммы состояния двухкомпонентной системы А—В с эвтектикой (без бинарных химических соединений и твердых растворов). Рассмотрим путь кристаллизации расплава состава а. Прежде всего определим, что конечными фазами кристаллизации любого бинарного состава в этой системе будут компоненты А и В, а кристаллизация всех подобных составов будет заканчиваться при эвтектической температуре 4 в точке эвтектики. При понижении температуры от точки а до будет происходить только охлаждение расплава. При достижении температуры ликвидуса tb жидкая фаза (расплав) состава Ь окажется насыщенной по отношению к компоненту А (в области IKteE в равновесии с жидкостью находятся кристаллы А, что указывается на диаграмме соответствующим обозначением А + ж) и последний при дальнейшем охлаждении будет кристаллизоваться из расплава. Состав жидкой фазы будет изменяться при этом по кривой ликвидуса от точки Ь к точке Е (система моновариантна). При достижении эвтектической температуры 4 жидкость, отвечающая эвтектическому составу Е, кристаллизуется с одновременным выделением кристаллов А и В, поскольку точка Е принадлежит одновременно обеим кривым ликвидуса txE и t E) и, следовательно, жидкость состава Е насыщена по отношению к обоим компонентам. При этом пока не исчезнет вся жидкая фаза, температура 4 и состав (Е) жидкой фазы будут оставаться постоянными, поскольку система при этих параметрах инвариантна (температура при отводе от системы теплоты будет поддерживаться постоянной за счет выделения теплоты кристаллизации). Кристаллизация закончится в точке эвтектики Е. [c.223]

Дифференциальное уравнение Ван-дер-Ваальса. В наиболее общем виде принцип смещения вдоль линии фазового равновесия дан Ван-дер-Ваальсом, который получил дифференциальное уравнение двухфазного равновесия в двухкомпонентной системе. Уравнение Ван-дер-Ваальса в сочетании с условиями стабильности, выведенными Гиббсом, позволяет дать исчерпывающую характеристику термодинамических свойств двухфазных систем. На его основе возможно рассмотрение и анализ диаграмм состояния, в связи с чем мы остановимся на его обосновании более подробно. [c.228]

Во время простой (дифференциальной) дистилляции образующийся при кипении жидкости пар сразу удаляется и по возможности конденсируется. Ход такой дистилляции можно понять при помощи диаграммы равновесия двухкомпонентной системы (рис. 12-35). Над жидкостью состава С поднимается пар состава Р, который удаляется из куба. Так как этот пар богаче более летучим компонентом, то по мере удаления пара состав жидкости постепенно передвигается по кривой к точке Сь В дальнейшем ходе процесса жидкость продолжает изменять свой состав. В конечном результате получится жидкость состава С и смесь паров [c.628]

Рис. 79. Диаграмма, поясняющая влияние давления на равновесие фаз в двухкомпонентной системе

Диаграммы фазовых равновесий двухкомпонентной системы позволяют не только описать фазы, сосуществующие при данных температуре и составе, но и определить количественные соотношения между ними. Например, из раствора состава у (см. рис. 9.2), охлажденного до температуры, обозначенной точкой g, [c.418]

В простейшем случае, когда компоненты А и В не образуют между собой ни твердых растворов, ни соединений, диаграмма равновесия двухкомпонентной системы имеет вид, представленный на фиг. 13. [c.17]

Рассмотрим основные диаграммы равновесий (или состояний) в двухкомпонентных системах. [c.131]

Рис. 1-4. Построение диаграммы фазового равновесия двухкомпонентной системы, не образующей твердых растворов, по кривым охлажде-

Проверяя принцип соответствия на диаграмме состояния двухкомпонентной системы с одним химическим соединением, видим, что он выполняется в случае образования химического соединения, которое при плавлении частично диссоциирует кристаллическому химическому соединению, находящемуся в равновесии с расплавом, отвечает непрерывная кривая ba (рис. ХП1, 7). [c.395]

Естественно, что монотектическое и синтектическое трехфазные равновесия вносят самостоятельный элемент в общую картину фазового равновесия двухкомпонентной системы, отличающейся разрывом растворимости в жидком состоянии, поскольку они завершаются стабилизацией либо одного (рис. 56,а), либо двух (рис. 56,6) двухфазных равновесий с участием жидких фаз, способных при дальнейшем охлаждении кристаллизоваться и, следовательно, формировать другие трехфазные равновесия — уже эвтектического либо перитектического типа. Варианты фазовых диаграмм при наличии в системе купола расслаивания и трехфазных монотектического и синтектического равновесий показаны на рис. 57 и 58. При наличии в системе двух трехфазных равновесий— монотектического и перитектического (рис. 57), разумеет-292 [c.292]

Плоскость диаграммы состояния двухкомпонентной системы делится на фазовые области, границами которых служат линии, пересекающиеся в точках. Число степеней свободы двухкомпонентной конденсированной изобарической системы определяется из выражения уел —К—Ф+1 = 3—Ф. Отсюда следует, что если оба компонента образуют одну фазу —раствор (твердый или жидкий), то система условно дивариантна (Ф=1, /=2). Если в равновесии находятся две фазы (две жидкие, жидкая и твердая или две твердые), то система условно моновариантная (Ф = 2, /=1). Наконец, если число фаз, находящихся в равновесии, равно трем (две жидкие и одна твердая, одна жидкая и две твердые, три твердые), то система условно инвариантна (Ф=3, /=0). Число фаз в равновесной конденсированной изобарической системе, состоящей из двух компонентов, не может быть больше трех. Отсюда следует также, что в фазовых областях диаграмм состояния двухкомпонентных систем могут находиться либо одна, либо две фазы. Границы фазовых областей находят, определяя экспериментально положение разделяющих их линий моновариантных равновесий эти линии пересекаются в точках инвариантных равновесий. [c.131]

Рис. 108. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы без химических соединений с непрерывными твердыми растворами и синтектическим равновесием.

Здесь Ф — число фаз, К —число компонентов, т. е. различных, по химическому составу веществ, С — число степеней свободы,, т. е. число интенсивных термодинамических параметров, которые могут меняться в системе при условии, что число фаз остается неизменным. В качестве приме ра рассмотрим однокомпонентную систему, К=1. Если имеется лищь одна фаза, то, согласно уравнению (352), число степеней свободы равно 2. Это может быть температура и давление либо жидкости, либо газа либо твердой фазы. При равновесии двух фаз С = 1. Если, например, задано давление пара, то температура кипения есть функция давления пара. Если одновременно сосуществуют три фазы (тройная точка), то С = 0. Следовательно, тройная точка одного вещества характеризуется единственным набором значений темпвратур,ы и давления. В четверной же точке (четыре фазы) для однокомпонентной системы число степеней свободы было бы равно —1, следовательно, равновесие четырех фаз в такой системе невозможно. Для серы, например, не существует состояния, при котором одновременно находились бы в равновесии две твердые фазы (ромбическая и моноклинная сера) — жидкость и пар. Четверная точка наблюдается только на диаграммах состояния двухкомпонентных систем. [c.278]

Рис. 124. Зависимость константы равновесия н-бутана при 289 К от общего давления Рис. 125. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы

Как видим, появление дополнительно еще только одной жидкой фазы существенно усложняет общую картину фазового равновесия в двухкомпонентной системе. Очевидно, образование промежуточных твердых фаз в двухкомпонентной системе также должно внести самостоятельный элемент в диаграмму состояния. Как правило, промежуточные твердые фазы формируются на основе определенных химических соединений, которые могут плавиться конгруэнтно либо распадаться в результате перитектического превращения. Обсуждение характера концентрационной зависимости изобарно-изотермического потенциала промежуточных, фаз следует вести в соответствии со строго термодинамически обоснованным понятием фазы. При этом требуется уточнение принадлежности растворов на основе существующих в системе определенных химических соединений к одной или разным фазам. Как известно, природа фаз определяется особенностями межмолекулярного взаимодействия. Последнее в первую очередь обусловлено сортом частиц, их образующих, так как именно природа частиц, образующих данную фазу, обусловливает величину и характер сил обменного взаимодействия, что приводит к формированию вполне определенных химических йязей. Если растворы и фазы различаются родом образующих их частиц (по сортности), то, следовательно, их химические составы (речь идет об истинных составах) качественно различны. Следствием этого является тот факт, что термодинамические характеристики фаз, различающихся родом частиц, описываются разными фундаментальными уравнениями. Это очень важное заключение с необходимостью приводит к выводу о том, что такие растворы даже в пределах одной гомогенной системы должны рассматриваться как самостоятельные фазы. Различие между зависимостями свойств растворов, имеющих качественно иные химические составы, от параметров состояния должно проявляться если не в виде функций, то по крайней мере в значениях постоянных величин, фигурирующих в уравнениях этих функций и отражающих специфику меж-частичного взаимодействия, а следовательно, и химическую природу сравниваемых растворов. В случае растворов или фаз переменного состава данному качественному составу или, иначе говоря, данному набору частиц по сорту отвечает конечный интервал Голичественных составов в данной системе, в пределах которого только и существует строго определенный единственный вид зависимости термодинамических и иных свойств от параметров состояния. Положение о том, что характер зависимости свойств от параметров состояния определяется качественным химическим составом, весьма существенно и названо А. В. Сторонкиным принципом качественного своеобразия определенных химических соединений. Значение этого принципа заключается в том, что его использование позволяет четко определить принадлежность рас- [c.293]

Следовательно, в двухкомпонентой системе число фаз, одновременно находящихся в равновесии, не может быть больше четырех (С = О, если Ф = 4), а максимальное число независимых параметров состояния системы равно трем — давление, температура и концентрация Xj одного из компонентов (С =3, если Ф =1). При выбранных параметрах системы (Р, Т, Xi), если концентрации (массовое или молярное содержание) выражены в процентах или долях, состояние двухкомпонентной системы и равновесие в ней фаз можно изобразить с помощью трехмерной диаграммы, так как при таком способе выражения состава на одной оси можно отложить концентрации обоих [c.337]

Основываясь на известных диаграммах дистилляционного равновесия, можно сделать вывод, что изотерма двухкомпонентной системы растворитель R — инертный газ G будет и.меть ход, показанный на рис. V-107. Как правило, температура процесса выше критической температуры инертного газа. Изотермы двухкомпо- [c.454]

При охлаждении эвтектики происходит изотермическая кристаллизация всей системы при Кривая охлаждения эвтектики 5 имеет одну горизонтальную площадку, соответствующую 4-На рассматриваемой фазовой диаграмме процесс кристаллизации эвтектики изображается точкой Е. Число степеней свободы кристаллизующейся эвтектики равно С = 2+1 — 3 = 0. Это значит, что трехфазное равновесие в конденсированной двухкомпонентной системе возможно только при одном единственном значении состава и температуры, т. е. в точке. [c.197]

Равновесие между твердой двухкомпонентной системой и ее расплавом также можно описать при помощи диаграммы. Нан более часто используют диаграмму плавления в координатах температура — мольная до- [c.287]

Рассмотрение двух кривых концентрационной зависимости изобарно-изотермического потенциала в изобарическом сечении дает картину, показанную на рис. 46. Проведя общую касательную и учитывая, что значения свободной энергии Гиббса внутри интервала концентраций между сосуществующими фазами всюду ниже изобарно-изотермического потенциала каждой из фаз в отдельности, заключаем, что в указанном интервале при данных значениях температуры и давления устойчива смесь равновесных фаз, и изобарный потенциал смеси определяется по правилу аддиатив-ности. Мы уже отмечали, что в конденсированных системах роль давления сравнительно невелика и в известных пределах ею можно пренебречь. В этом случае для двухкомпонентных систем в качестве параметров состояния, определяющих характер фазовой диаграммы на плоскости, остаются температура и концентрация. Закрепляя один из этих параметров, получаем возможность для установления четкой зависимости изобарно-изотермического потенциала от другого параметра. Анализируя относительное расположение этих зависимостей для различных фаз, получаем способ установления характера фазового равновесия в системе. [c.264]

Сочетание различных видов двухфазных и трехфазных равновесий приводит к различным фазовым соотношениям в системе и, следовательно, к различным видам диаграмм состояния. Возможные видоизменения характера кривых моновариантного равновесия при сочетании друг с другом различных фазовых областей в пределах одной диаграммы фазового равновесия весьма многообразны. Оставаясь в рамках классического термодинамического рассмотрения, мы не можем ответить на вопрос о том, какой из вариантов возможен при данных значениях параметров состояния. Однако, полагая в системе наличие того или иного характера изменения температуры плавления компонентов при взаимном добавлении их друг к другу, а также полагая наличие или отсутствие непрерывных растворов либо разрыва растворимости в твердом или в жидком состоянии, мы можем чисто термодинамически, притом строго, хотя и качественно, вывести возможные варианты фазовых диаграмм, которые являются праобразами диаграмм состояния, получаемых экспериментально. Ниже рассмотрим вывод основных вариантов диаграмм состояния двухкомпонентных систем, базируясь на описанных выше принципах обоснования двухфазных и трехфазных равновесий при помощи кривых концентрационной зависимости изобарно-изотермического потенциала. [c.283]

Рассмотрим условия, при которых из двухкомпонентной жидкости выделяются твердые фазы. Учитывая, что давление постоянно, используем правило фаз в виде уравнения (VH.2). Если система состоит только из одной жидкой фазы, то С = = 2+1 — 1=2. Это означает, что в известных пределах можно произвольно изменять и температуру, и состав жидкости, оставляя систему однофазной. Таким образом, на диаграмме равновесия (в координатах состав — температура) однофазной двухкомпонентной системе соответствует плоскость. [c.131]

Курнаков сформулировал два важных принципа, устанавливающих связь геометрических образов диаграммы с химическим состоянием системы. Принцип непрерывности устанавливает, что при непрерывном изменении давления, температуры, концентраций свойства отдельных фаз системы изменяются также непрерывно. Свойства всей системы в целом изменяются непрерывно лишь до тех пор, пока не изменится число или характер ее раз. При появлении новых или исчезновении имеющихся фаз свойства системы в целом меняются скачком. По принципу соответствия каждой совокупности фаз, находяи ихся в равновесии в данной системе, отвечает на диаграмме определенный геометрический образ. Так, в двухкомпонентной системе одной фазе на диаграмме соответствует участок плоскости, кристаллизации твердой фазы — кривая начала кристаллизации, равновесию между тремя фазами — точка пересечения кривых и т. д. Принципы непрерывности и соответствия и правило фаз облегчают анализ гетерогенных равновесий в многокомпонентных системах, для которых химические диаграммы имеют очень сложный вид. [c.167]

Принцип соответствия. Каждому комплексу фаз, находящихся в данной системе в равновесии, соответствует на диаграмме определенный геометрический образ. Для пояснения этого принципа рассмотрим диаграмму двухкомпонентной системы эвтектического типа (см. рис. 55). Здесь жидкой фазе отвечает часть плоскости диаграммы, лежащая выше кривой А СВ, комплексу фаз из жидкости и твердого компонента А —часть плоскости аА С, комплексу фаз из жидкости и твердого компонента В — часть плоскости ЬВ С, эвтектическому комплексу, состоящему из жидкости, твердых веществ А и В — линия аЬ и т. д. [c.201]

Это обусловлено тем, что удельный объем веществ в жидком состоянии обычно больше удельного объема в твердом состоянии. Рассмотрим вопрос о влиянии давления на равновесие фаз в системе на примере диаграммы, изображенной на рис. 79 (pi > Ро)- Из диаграммы видно, что повышение давления в системе привело к увеличению температур начала кристаллизации расплавов чистых веществ А, В и эвтектики. Эвтектическая температура для расплава Е больше, чем для расплава Е. Изменяется и состав эвтектики. Эти положения вытекают из правила фаз Гиббса. Действительно, если в двухкомпонентной системе учитывать влияние давления, то инвариантная точка возникает лишь в том случае, если система будет четырехфазной. Если же в равновесии находятся только три фазы, то в этом случае система будет моновариантной и, следовательно, будет существовать зависимость соответствующих температур плавления и состава фаз от давления. [c.212]

В случае образования в двухкомпонентной системе трех сосуществующих друг с другом фаз, как было сказано выше, число степеней свободы равно 1 / = 2 — 3 + 2=1. Это значит, что при Т или р = onst число степеней свободы становится равным нулю. Так как влияние давления на состояние равновесия в конденсированных фазах незначительно, то обычно рассматривают диаграммы состояния таких систем при закрепленном (часто атмосферном) давлении. Тогда f=2 — 3+1 = 0, т. е. температура сосуществования фаз и их состав однозначно определяется давлением. Рассмотрим графическое изображение равновесия твердое тело — жидкость в координатах температура плавления — состав. В тех случаях, когда компоненты (А и В на рис. V. 32) не образуют твердых растворов, добавки другого вещества понижают температуру плавления первого [см. разд. V. 7.2, формулу (V. 234)]. Поэтому в результате прибавления В к А или А к В температуры плавления смесей понижаются до тех пор, пока обе кривые не встретятся в точке s. [c.307]

Следовательно, состояние двухкомпонентной системы графически изображается в пространстве трех измерений, т. е. объемной диаграммой состояния. Согласно правилу фаз, в двухкомпонентной системе одновременно находится в равновесии не более четырех фаз. В такой системе будет / = 2- -2—4 = 0 степеней свободы. Она изображается точкой в пространстве трех измерений, которая называется четверной точкой. На рис. 54 изображено две четверные точки а я Ь. [c.122]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология