Лекция № 5 Фазовые равновесия Любая система, как правило, является сложной и состоит из нескольких компонентов и фаз. Фаза – гомогенная (макроскопически однородная) часть системы H2 + Cl2 ↔ 2HCl (гомофазная система) Zn + 2H. ↔ Zn.. + H2 (гетерофазная система) Композит (W + ThO2, Ni + ZrO2) состоит из двух фаз 4 FeO ↔ Fe + Fe3O4 tпер = 570ºС 3 фазы – диспропорционирование Компонент – индивидуальное вещество, являющееся независимой составной частью системы Смесь H2, O2 и H2O – при отсутствии взаимодействия состоит из трех компонентов, pH2, pO2, pH2O При наличии взаимодействия 2H2 + O2 ↔ 2H2O K ' p p p 2 H2 2 H 2O pO2 , pH2O = f (pH2, pO2) Смесь двухкомпонентна В эквимолярной смеси 2H2O ↔ 2H2 + O2 p pO2 1 K ' 2 Kp p H 2O '' p 2 H2 Если pH2 = 2pO2, то K '' p pH2O = 2pO2³/²(K’’p)-½; Смесь однокомпонентна 3 O2 4p p 2 H 2O Пусть система состоит из двух фаз и в ней (dni) молей i - компонента переносится из фазы 1 в фазу 2 (лед → вода) ( 2) ( 2) (1) (1) (5.1) G dn dn i G i ( 2) i i (1) i i dn i (5.2) В условиях равновесия ΔG = 0 Следовательно µi(2) = µi(1) (5.3) Если в системе не две, а Р – фаз, то для каждого i - компонента µi(1) = µi(2) = µi(3) = … = µi(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 P(C - 1) + 2 Т, р Число независимых параметров (степеней свободы) F = P(C-1) + 2 – (P-1)C = PC – P + 2 – PC + C F=C–P+2 Правило фаз Гиббса Р ≥ 1, С ≥ 1 (5.5) Однокомпонентная система С = 1, F=3–P (5.6) P = 1; F = 2 - поле P = 2; F = 1 - линия Р = 3; F = 0 - точка P B C 220 атм Ж Т S A O П T 647 K Конденсированная система в равновесных условиях F = C – P + 1 (постоянное давление) Alт ↔ Alж C=1 C=1 C=1 t P=1 P=2 P=1 F=1 F=0 F=1 o tm (Тпл)Al = 659ºC при Р = 1 атм TB B NB A B TA 0 A 20 40 60 %B 80 100 B Бинарная конденсированная система (полная нерастворимость) N AL + BL M TB AL + BS TA AS + BS Na – Al Li - K 0 20 A 40 60 %B (NB) F=C–P+1 80 100 B Бинарная система А - В с эвтектикой (полная растворимость в расплаве и нерастворимость в твердом состоянии) N M TA L TB AS+L BS+L E AS + BS A мольная доля В B 2х компонентная конденсированная система с образованием химического соединения (полная растворимость в расплаве, полная нерастворимость в твердой фазе) AB L L ABS+L AS+L BS+L ABS+L BS + ABS AS + ABS A AB B Фазовая диаграмма 2х – компонентной конденсированной системы с несколькими химическими соединениями (полная растворимость в расплаве, полная нерастворимость в твердой фазе) Е3 Е1 Е2 А В F=C-P+1 N M P E A B Бинарная конденсированная система - полная растворимость в расплаве - частичная растворимость в твердом состоянии L L+S S 2-х компонентная конденсированная система компоненты неограниченно растворимы друг в друге в твердом и жидком состоянии S L+A Инконгруэнтное плавление L A+L L+B A+S L+S S+B A B