Фазовое состояние двухкомпонентных систем

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]

Переход жидкой фазы чистого вещества в кристаллическую происходит при постоянной температуре и соответствует горизонтальной площадке на кривой охлаждения. Далее увидим, что характер кривых охлаждения многокомпонентных систем может быть иным. Однако всегда при температуре, соответствующей началу фазового превращения, плавный ход такой кривой нару-щается. Это позволяет использовать кривые охлаждения, полученные для смесей различного состава, для построения диаграммы состояния изучаемой системы выбранных компонентов. Такие диаграммы называют еще диаграммами плавкости. Конкретный вид диаграммы зависит от свойств компонентов и определяется их взаимной растворимостью, а также способностью к образованию химических соединений. Ниже рассмотрим диаграммы плавкости некоторых бинарных двухкомпонентных систем. Во всех случаях будем предполагать, что системы находятся в условиях постоянного давления и выбранные компоненты обладают неограниченной растворимостью в жидком состоянии. [c.156]

На основании приведенных данных построить примерную диаграмму состояния двухкомпонентной системы Са—Mg и объяснить значение фазовых полей, линий и точек на этой диаграмме [c.71]

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]

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]

Построить диаграмму фазового состояния (диаграмму плавкости системы А — В) на основании данных о температуре начала кристаллизации двухкомпонентной системы [c.215]

При увеличении числа компонентов наглядное представление изменения свойств системы при фазовых превращениях усложняется. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем рассмотрены при анализе свойств растворов. [c.161]

Влияние давления на фазовое состояние конденсированных систем практически незначительно, что позволяет исключить давление из рассмотрения [см, (64а)]. В таких случаях для описания фазового состояния системы достаточно знать взаимозависимость двух ее параметров — температуры и состава (Смаке =< == 21 — 1 = 2). Простейшим примером такого случая может служить фазовая диаграмма двухкомпонентного сплава, а также раствора соли в жидкости (в воде) (см. рис. 2, 4—16). [c.140]

Наиболее наглядно фазовые соотношения в двухкомпонентных системах изображаются в виде соответствующих диаграмм состояния. [c.152]

Согласно правилу фаз, двухкомпонентная фаза имеет три степени свободы. Особенность критической фазы состоит в том, что на параметры ее состояния накладываются ограничения, выраженные условиями (1У-421) и (1У-422). Следовательно, число степеней свободы критической фазы уменьшается по сравнению с произвольной бинарной смесью на два и равно единице. Таким образом, критическая фаза моновариантна. Поэтому на диаграмме фазового равновесия критические состояния бинарной системы изображаются кривой. Уравнение критической кривой можно получить, если принять во внимание, что частная производная химического потенциала ком- [c.280]

Термодинамический анализ критических явлений впервые провел Гиббс [I, 2]. Однако для разбора критических явлений в однокомпонентных и двухкомпонентных системах нет надобности прибегать к общему методу анализа, предложенному Гиббсом. Достаточно иметь экспериментальные диаграммы фазовых равновесий этих систем и воспользоваться двумя положениями о критических фазах фаза в критическом состоянии, как предельном для двухфазного равновесия, обладает особенностями, присущими этому равновесию критическая фаза стабильна. [c.23]

Растворимость П. с. зависит от растворимости составляющих его последовательностей мономерных звеньев. При значительном различии в растворимости основной и привитых цепей П. с., как правило, растворяется значительно хуже, чем составляющие его компоненты. При соответствующем подборе растворителей П. с. образуют истинные р-ры. Изучение фазовых диаграмм состояния показало, что р-ры П. с., компоненты к-рых резко отличаются по растворимости (полистирол — акриловая к-та, крахмал — стирол), как и р-ры П. с., цепи к-рых близки по растворимости (полистирол — винилацетат), ведут себя как двухкомпонентные системы. Термодинамич. параметры, характеризующие взаимодействие растворителя с П. с., показывают, что привитая сополимеризация приводит к существенным изменениям и в энергетическом, и в энтропийных эффектах взаимодействия растворителя с П. с. по сравнению с составляющими компонентами. [c.102]

Для построения диаграммы фазового состояния двухкомпонентной системы поступают следующим образом. Сначала приготовляют целую серию тонкодисперсных смесей, составленных с таким расчетом, чтобы в каждой из них сумма обоих компонентов составляла 100% и чтобы все приготовленные смеси представляли собой такой ряд, в котором количество одного компонента последовательно убывало бы от 100% до О, а второго возрастало. Подобный ряд смесей схематически можно представить в таком виде (табл. 19, в%). [c.261]

Замыкающие соотношения для (6.1) - (6.5) зависят от фазового состояния двухкомпонентной системы. Если р > р , система находится в [c.189]

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]

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]

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]

Диаграмма состояния двухкомпонентного раствора имеет максимальную степень многомерности, равную трем Р=С— —Р + 2 = 2—Р + 2 = 4—Р / макс = 3. Полная фазовая диаграмма двухкомпонентной системы трехмерна (рис. 35.1). Такие трехмерные диаграммы содержат огромное количество информации, однако пользоваться ими очень трудно, особенно если они изображены на двумерной странице. С целью упрощения будем. [c.163]

Необходимо иметь в виду, что объем системы в момент достижения точки г не равен объему системы после завершения кристаллизации, ибо мольные объемы жидкой и твердой эвтектики не одинаковы. Здесь мы встречаемся с совершенно таким же скачком объема, который имеет место при переходе воды или серы из одного фазового состояния в другое ( 43, 44). В диаграммах состояния однокомпонентных систем мы имели возможность откладывать по одной из осей координат мольные объемы, и поэтому скачки объемов могут быть непосредственно отражены, например, интервалы Ь Ь" на рис. 25. Вводя неизбежное упрощение в диаграмму состояния двухкомпонентной системы, мы пожертвовали осью мольных объемов, а потому и в объемной диаграмме рис. 35 мольные объемы никак не отражаются. И, следовательно, системы одинакового общего состава, и находящиеся при одинаковых температуре и давлении, описываются одной и той же точкой, несмотря на разницу их объемов. Такое положение мы имеем, например, в точках d, i. I, t на рис. 37, поскольку в эту диаграмму не входит ось объемов. Чтобы отразить объемные изменения при превращениях двухкомпонентных систем, необходимо ввести какое-либо иное упрощение, сохранив ось объемов и пожертвовав другой осью. Подобные диаграммы оказываются необходимыми лишь в редких случаях. [c.173]

Рис. 16. Диаграмма фазового состояния двухкомпонентной жидкой системы с ограниченной растворимостью компонентов

Фазовые равновесия. Основные понятия и общие закономерности фазовых переходов. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Диа1раммы состояния веществ. Бинарные растворы и основные их свойства. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Теоретические основы различных процессов разделения бинарных смесей. Некоторые сведения из фазовых равновесю в трехкомпонентных системах. Теоретические основы экстракции. Физико-химический анашз. [c.8]

Другое важное понятие при рассмотрении фазового равновесия — компонент. Компонент — это однородная по химическим свойствам часть термодинамической системы, которая может быть выделена из нее и может существовать изолированно неограниченное время. Так, водный раствор поваренной соли, хотя и состоит из частиц Na , l и Н. О, является двухкомпонентной системой. Действительно, в изолированном состоянии существуют только молекулы поваренной соли Na l и воды HjO, а ионы Na" и С1 существовать в отдельности не могут. [c.191]

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]

Более сложный случай представляет нагревание двухкомпонентной жидкости состава Хд, где 1 >Ха>0, например в точке 3. При повышении температуры этой жидкости до температуры кипения (точка Ь) фазовый состав системы не меняется. В области I все точки системы, в том числе и точка 3, отвечают однофазному жидкому состоянию. Система в области I двухвариантна — можно менять два параметра (состав и температуру) без изменения фазового состояния (С = 2). При достижении точки Ь к жидкой фазе добавляется парообразная. Система становится одновариантной. Состав жидкости при температуре точки Ь отвечает составу в точке Ь (Хд), а состав пара —составу в точке е (Х О- Таким образом, составы жидкости и пара здесь различаются. При дальнейшем повышении температуры до точки 3 состав жидкости меняется по кривой Ьз до точки з (X ), а состав пара по кривой ей до точки и (Х ). Достижение точки с1 соответствует переходу всей жидкой фазы в парообразную состава Х . Система из одновариантной в области II переходит в двухвариантную область//. Дальнейшее нагревание не изменяет фазового состояния системы. [c.167]

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]

Диаграмма вида а. Диаграмма плавкости с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях приведена на рис. 62. Там же имеются кривые охлаждения расплавов в точках 1, 2 ц 3. Характеристика физического и фазового состояний геометрических образов на диаграмме температура — состав для двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях при р = = соп51 (С=К+1—Ф) дана в табл. 26. [c.172]

Характеристика физического и фазового состояния геометрических образов на диаграмме температура— состав для двухкомпонентной системы с жидкой фазой при p = onst (С = К+1—Ф) приводится в табл. 23. [c.166]

Из рис. 58 и 59 видно, что приведенные диаграммы состояния двухкомпонентных систем с образованием азеотропной смеси можно рассматривать как состоящие из двух диаграмм состояния, представленных на рис. 57. В качестве компонентов в них выступают соответственно А и азеотроп-ная смесь (А+В), азеотропная смесь (А + В) и В. Обозначения в первой половине диаграммы соответствуют обозначениям на рис. 57, во второй половине используются те же обозначения, но со штрихом ( ) Характеристика физического и фазового состояний дана в табл. 24. Особенность ее заключается в том, что поведение азеотропной смеси при кипении сходно с поведением индивидуальной жидкости. В точке с (а ) она нонвариантна и характеризуется постоянной температурой кипения без изменения состава. Переход от однофазной идкой системы к однофазной парообразной системе осуществляется в этой точке после испарения всей жидкости. [c.168]

Характеристика физического н фазового состояний геометрических образов на диаграмме температура — состав для двухкомпонентной системы с эвтектикой (рис. 63), образованной жидкой и твердыми фазами при р=соп51 (С = К+1—Ф). приведена в табл. 27. [c.174]

Таким образом, при наличии только одной фазы система, изображенная на рис. 4.1, тривариантна чтобы полностью описать состояние системы, нужно указать температуру, давление и мольную долю X одного из компонентов. Если присутствуют две фазы (что соответствует точкам между поверхностями на диаграмме Р—Т — X), то для полного описания системы необходимо указать лишь две переменные. Например, если заданы давление и температура, то составы жидкой фазы и пара определяются фазовой диаграммой. Для определения относительных количеств этих двух фаз недостаточно знать только температуру и давление, но правило фаз никак не связано с относительными количествами фаз в системе. Поскольку нужно указать две переменные, мы говорим, что система бивариантна. Если присутствуют три фазы, то система моновариантна. Если присутствуют четыре фазы, то система инвариантна это значит, что имеется только одно сочетание температуры, давления и состава, при котором четыре фазы могут находиться в равновесии в двухкомпонентной системе. [c.108]

Двухкомпонентные полимерные системы в зависимости от исходного фазового состояния второго компонентя могут быть отнесены к одной из следующих четырех групп. [c.164]

На фазовой диаграмме состояния системы (рис. 4) кривую (в двухкомпонентных системах) или поверхность (в трехкомпонент- [c.23]

Условия равновесия между двумя фазами в двухкомпонентной системе в общем виде описываются уравнением состояния Ван-дер-Ваальса (1-130). Для расчета свойств равновесных фаз с помощью этого уравнения необходимо знать зависимость изобарного потенциала от параметров состояния. Такая зависимость может быть установлена априори только для системы, состоящей из идеальных фаз. Напомним, что под идеальной фазой понимается такая смесь, в которой молекулы различных компонентов специфически не взаимодействуют между собой и, следовательно, ведут себя в смеси так же, как в соответствующих чистых веществах. Для таких систем получается уравнение состояния (1-201), которое связывает в явном виде составы равновесных фаз, температуру и давление. Это позволяет рассчитывать фазовое равновесие в идеальных системах, зная только свойства чистых компонентов. [c.108]

Для выбора параметров процесса используют предварительно построенные диаграммы фазового состояния систем, содержащих два или более компонентов. Свойства двухкомпонентных систем полимер В) — растворитель (.4) характеризуют диаграммой растворимости, в к-рой составы фаз являются функцией темп-ры (рис. 1). В области расслоения, лежащей ниже кривой — Всистемы любого состава разделяются на два р-ра. Так, напр., система, характеризуемая нек-рой точкой с, разделяется на фа- [c.122]

Основное внимание уделяется фазовым диаграммам двухкомпонентных систем. С одной стороны, в настоящее время накоплен обширный экспериментальный материал по двухкомпонентным системам. С другой стороны, при низких температурах предельные значения концентраций однозначно соответствуют состояниям равновесия ин-дивидуальньк веществ. Поэтому достаточно легко интерпретируется переход р. К- и Г, Ж-диаграмм к р. Г-диаграмме. [c.209]

Вернемся теперь к рис. 10 и посмотрим, какие непосредственные сведения о структуре системы полимер—растворитель можно почерпнуть из анализа этой фазовой диаграммы. Прежде всего будем подниматься от более низких к более высоким температурам вдоль оси ага = 1. Если полимер аморфный, он последовательно проходит через все три релаксационных ( физических состояния стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее. Они представляют собой разновидности жидкого фазового состояния с раз ][ичной степенью, замороженности сегментальной подвижности цепей. Все это хорошо известные вещи, но о них иногда забывают при рассмотрении фазовых равновесий. В сущности, для системы аморфный полимер—растворитель всегда реализуется фазовое равновесие типа жидкость—жидкость (ибо, говоря о равновесии, мы должны принимать во внимание именно фазовое, а не релаксационное состояние той или иной двухкомпонентной фазы. При достаточно высокой температуре, но ниже ВКТС, раствор вероятнее всего распадается на два обычных раствора различной концентрации. Нередко, используя такое разделение на две жидкие фазы для фракционирования (практически в этом случае чаще варьируется растворитель, но вскоре мы убедимся, что в принципе это ничего не меняет), говорят об образовании коацервата — из-за внешней аналогии с коацервацией в амфифильных электролитных системах. [c.103]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология