ANALIZA TERMICZNA

UKŁADU DWUSKŁADNIKOWEGO O FAZACH SKONDENSOWANYCH Pb-Sn

1. Zestawienie wyników pomiarów.

Czas [s]	Czas [min]	100 % Pb	80 % Sn 20 % Pb	62% Sn 38 % Pb	38% Sn 62% Pb	100 % Sn
0	0	350	350	350	350	350
30	0,5	342	335	338	340	337
60	1	334	322	328	330	325
90	1,5	331	309	318	319	314
120	2	329	297	308	309	303
150	2,5	327	286	299	299	293
180	3	324	275	290	290	284
210	3,5	321	266	282	282	275
240	4	316	257	274	274	266
270	4,5	308	248	266	266	258
300	5	298	240	259	259	250
330	5,5	288	233	252	252	243
360	6		225	246	246	236
390	6,5		218	239	243	233
420	7		212	233	240	232
450	7,5		206	228	237	231
480	8		202	222	234	231
510	8,5		200	217	231	231
540	9		199	212	228	231
570	9,5		198	204	225	231
600	10		197	203	221	231
630	10,5		196	198	219	230
660	11		194	195	218	230
690	11,5		193	192	215	230
720	12		191	189	211	230
750	12,5		189	186	208	230
780	13		188	184	204	230
810	13,5		186	184	201	229
840	14		185	184	198	228
870	14,5		184	184	194	227
900	15		183	184	191	225
930	15,5		183	184	187	222
960	16		182	184	187	218
990	16,5		181	184	184	213
1020	17		181	184	184	208
1050	17,5		179	184	184
1080	18		177	184	184
1110	18,5		176	184	184
1140	19		172	184	184
1170	19,5		167	183	184
1200	20		163	182	184
1230	20,5		159	179	184
1260	21		155	177	184
1290	21,5		152	174	183
1320	22			169	182
1350	22,5			166	181
1380	23			163	178
1410	23,5			158	175
1440	24				172
1470	24,5				168
1500	25				165
1530	25,5

2. Oznaczenie 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

3. Sporządzenie diagramu fazowego

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

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

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

Punkt eutektyczny potrójny: t = 184 °C

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

Punkt równowagi roztwór - stały Pb t ≈ 248 °C

Punkt równowagi roztwór - stała Sn t ≈ 207 °C

Zestawiając powyższe dane w tabeli:

Ułamek molowy Sn	Temperatura krzepnięcia roztworu [°C]
0	327
0,517	248
0,740	184
0,875	202
1	231

4. 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 = 222 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 °C	Temperatura K
0,95	-0,05129	222	495,15	0,00202
0,9	-0,10536	215	488,15	0,00205
0,85	-0,16252	207	480,15	0,00208
0,8	-0,22314	196	469,15	0,00213
0,75	-0,28768	187	460,15	0,00217
Pb
Ułamek molowy substancji rozpuszczonej w roztworze (Pb)	ln x	Temperatura °C	Temperatura K
0,9	-0,1054	315	588,15	0,00170
0,8	-0,2231	300	573,15	0,00174
0,7	-0,3567	285	558,15	0,00179
0,6	-0,5108	270	543,15	0,00184
0,5	-0,6931	248	521,15	0,00192
0,4	-0,9163	230	503,15	0,00199

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

Sn		Pb
0,00202	-0,05129	0,00170	-0,1054
0,00205	-0,10536	0,00174	-0,2231
0,00208	-0,16252	0,00179	-0,3567
0,00213	-0,22314	0,00184	-0,5108
0,00217	-0,28768	0,00192	-0,6931
		0,00199	-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:

5. Wnioski

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, co jest sprzeczne z założeniami przyjętymi do wyprowadzenia wyrażenia określającego skład roztworu w danej temperaturze:

6. Dyskusja błędu

Zasadniczymi błędami oprócz teoretycznego założenia czystości składu fazy stałej są:

• błąd wynikający z wpływu ogrzewania sąsiedniej próbki na proces stygnięcia

• błąd pomiaru czasu

• błąd pomiaru temperatury

Jan Różycki

TECHNOLOGIA CHEMICZNA

- 1 -

---