ĆWICZENIE NR9

ANALIZA TERMICZNA

UKŁADU DWUSKŁADNIKOWEGO O FAZACH SKONDENSOWANYCH Pb-Sn

Celem ćwiczenia jest sporządzenie diagramu fazowego dla skondensowanego układu dwuskładnikowego na podstawie wyznaczonych krzywych stygnięcia czystych substancji oraz mieszanin o odpowiednim składzie:

Pomiar	Skład stopu
1.	100% Sn
2.	80% Sn 20% Pb
3.	62% Sn 38%Pb
4.	38%Sn 62%Pb
5.	100% Pb

1. Oznaczanie składu:

Na podstawie danego składu procentowego mieszaniny wyznaczam jej skład molowy.

Np. Dla składu 20% Pb, 80% Sn

W 100 g mamy:

Sumując:

Z otrzymanej wartości określamy ułamek molowy poszczególnych składników:

Przeliczenie składu
Skład procentowy	Skład molowy
100 % Pb	XPb = 1 ; XSn = 0
62% Pb 38% Sn	XPb = 0,483 XSn = 0,517
38% Pb 62% Sn	XPb = 0,260 XSn = 0,740
20% Pb 80% Sn	XPb = 0,125 XSn = 0,875
100% Sn	XPb = 0 ; XSn = 1

2.Sporządzenie diagramu fazowego

Na podstawie analizy krzywych stygnięcia poszczególnych roztworów (wykres 6) określam punkty charakterystyczne diagramu:

Punkt krzepnięcia czystego ołowiu: t = 328 °C Dane literaturowe: t = 327,4 °C

Punkt krzepnięcia czystej cyny: t = 232 °C Dane literaturowe: t = 231,8 °C

Punkt eutektyczny potrójny: t = 177 °C

Dodatkowe dwa pozostałe punkty odczytane z krzywych stygnięcia odpowiadają punktom na krzywej likwidusa:

Punkt równowagi roztwór - stały Pb t ≈ 257 °C

Punkt równowagi roztwór - stała Sn t ≈ 214 °C

Zestawiając powyższe dane w tabeli:

Ułamek molowy Sn	Temperatura krzepnięcia roztworu [°C]
0	328
0,517	257
0,740	177
0,875	214
1	232

3.Wyznaczenie ciepła topnienia.

Ciepło topnienia wyznaczamy z wyrażenia:

gdzie:

x - ułamek molowy składnika

T - temperatura krzepnięcia roztworu

T₀ - temperatura krzepnięcia czystego składnika

Np. dla odczytanej z diagramu fazowego dla cyny temperatury krzepnięcia roztworu t = 506K przy x_Sn = 0,95 otrzymujemy wartość molowego ciepła topnienia równą:

Celem wyznaczenia ciepła topnienia poszczególnych czystych składników sporządzamy tabelę:

Sn
Ułamek molowy substancji rozpuszczonej w roztworze (Sn)	ln x	Temperatura [K]
0,95	-0,05129	506	0,00197
0,9	-0,10536	493	0,00203
0,85	-0,16252	482	0,00207
0,8	-0,22314	466	0,00214
0,75	-0,28768	451	0,00221
Pb
Ułamek molowy substancji rozpuszczonej w roztworze (Pb)	ln x	Temperatura [K]
0,9	-0,1054	589		0,00169
0,8	-0,2231	576		0,00174
0,7	-0,3567	563		0,001776
0,6	-0,5108	550		0,00181
0,5	-0,6931	533		0,00187
0,4	-0,9163	509		0,001965

Dane konieczne do sporządzenia wykresu zależności:
zestawiono w poniższej tabeli:

Sn		Pb
0,00197	-0,05129	0,00169	-0,1054
0,00203	-0,10536	0,00174	-0,2231
0,00207	-0,16252	0,001776	-0,3567
0,00214	-0,22314	0,00181	-0,5108
0,00221	-0,28768	0,00187	-0,6931
		0,001965	-0,9163

Z powyższych danych otrzymuje proste o następujących równaniach:

Równanie prostej dla cyny:

Równanie prostej dla ołowiu:

Na podstawie nachylenia prostych określam ciepło topnienia równe:

Dla Sn:

Dla Pb:

Dane literaturowe dla Sn:

Dane literaturowe dla Pb:

Względny błąd pomiaru dla Sn :

Względny błąd pomiaru dla Pb:

Na podstawie kształtu otrzymanego diagramu fazowego wnioskuję, że z dobrym przybliżeniem układ Sn-Pb można traktować jako układ eutektyczny.

Na podstawie linowego przebiegu zależności:

wnioskuję o stałej wartości molowego ciepła topnienia cyny i ołowiu w omawianym zakresie temperatur.

Różnicę w wartości molowego ciepła topnienia wyznaczoną na podstawie powyższej zależności w porównaniu z wartością literaturową można tłumaczyć częściowym, ograniczonym wzajemnym rozpuszczaniem się obu substancji w fazie stałej.

Anna Łukaszewska, II rok

TECHNOLOGIA CHEMICZNA

---