Ćwiczenie 9
Termografia
	Data wykonania ćwiczenia:	Grupa: II	Ocena:
					Zespół: 10

WSTĘP:

• Celem ćwiczenia jest sporządzenie wykresu równowagi ciecz - ciało stale dla układu dwuskładnikowego naftalen - dwufenyl

W układach dwuskładnikowych podczas ogrzewania lub ochładzania mogą zachodzić różne procesy np. topnienie czy krystalizacja składników.

Można wyróżnić szereg podstawowych typów układów dwuskładnikowych, które obejmują większość spotykanych przypadków :

1. układ , w którym składniki w stanie ciekłym mieszają się bez ograniczeń, a nie mieszają się zupełnie w stanie stałym ;

2. układ , w którym składniki w stanie ciekłym mieszają się bez ograniczeń, nie mieszają się zupełnie w stanie stałym, a jeden z nich występuje w różnych odmianach krystalograficznych ;

3. układ , w którym składniki mieszają się bez ograniczeń w stanie ciekłym, a w stanie stałym tworzą związek trwały (kongruentny) ;

4. układ , w którym składniki mieszają się bez ograniczeń w stanie ciekłym, a w stanie stałym tworzą związek nietrwały (inkongruentny) ;

5. układ , w którym składniki wykazują ograniczoną mieszalność w stanie ciekłym, w stanie stałym zaś nie mieszają się zupełnie ;

6. układ , w którym składniki mieszają się całkowicie w stanie ciekłym, w stanie stałym zaś wykazują ograniczoną mieszalność ;

7. układ , w którym składniki rozpuszczają się bez ograniczeń w stanie ciekłym i stałym ;

8. układ , w którym krzywe krzepnięcia i topnienia tworzą maksimum ;

9. układ , w którym krzywe krzepnięcia i topnienia tworzą minimum .

Z układami ciecz - ciało stałe spotykamy się prowadząc procesy krystalizacji, rozpuszczania, przy otrzymywaniu stopów i innych materiałów.

Warunki , w jakich współistnieją w stanie równowagi różne fazy określa reguła faz. Została ona sformułowana przez Gibbsa. Liczbę stopni swobody układu, tzn. liczbę parametrów wyznaczających równowagę (temperatura,ciśnienie,stężenie), które możemy zmieniać, w pewnych dozwolonych granicach i mieć nadal do czynienia z układem o tej samej strukturze fazowej, podaje równanie ;

z =s - f - r - R + 2

gdzie :

z - liczba stopni swobody

s - liczba składników

f - liczba faz

R - liczba niezależnych reakcji chemicznych zachodzących w układzie

r - liczba równań wyrażających zależności funkcjonalnych między ułamkami molowymi wynikającymi z identyczności składu faz lub z góry określonego składu

Wykres równowagi fazowej dla układów dwuskładnikowych podaje się w układzie współrzędnych temperatura - skład roztworu wyrażony w ułamkach molowych lub masowych. Wykresy te wyznacza się eksperymentalnie. W tym celu trzeba sporządzić szereg mieszanin interesujących nas substancji o różnych, lecz znanych składach i poddać je badaniom. Przemiany fazowe towarzyszące chłodzeniu lub ogrzewaniu bada się metodą analizy termicznej. Polega ona na obserwacji spadku temperatury przygotowanych próbek o znanym składzie w zależności od czasu. Sporządzone mieszaniny ogrzewa się aż do całkowitego stopnienia, umieszcza się w nich termopary dołączone do rejestratora i następnie studzi, rejestrując tzw. krzywą chłodzenia tj. zależność temperatury próbki T od czasu t.

W układzie naftalen - dwufenyl mamy całkowitą mieszalność składników w fazie ciekłej, zaś w fazie stałej zupełną niemieszalność . Układ taki w stanie równowagi może zawierać :

- jedną fazę ciekłą (roztwór nienasycony)

- fazę ciekłą w równowadze z naftalenem nazywaną roztworem nasyconym względem naftalenu

- fazę ciekłą w równowadze z dwufenylem nazywaną roztworem nasyconym względem dwufenylu

- fazę ciekłą w równowadze z dwiema fazami stałymi - naftalenem i dwufenylem; jest to układ zero zmienny, skład fazy ciekłej i temperatura są ściśle określone, nazywa się go eutektykiem (punktem eutektycznym)

- dwie odrębne fazy stałe : kryształy naftalenu i dwufenylu

Pomiarom zostało poddanych 10 próbek, których skład był następujący:

Numer próbki.	Skład procentowy próbki.
	% naftalenu	% dwufenylu
1.	100 %
2.	90 %	10 %
3.	80 %	20 %
4.	70 %	30 %
5.	60 %	40 %
6.	50 %	50 %
7.	40 %	60 %
8.	20 %	80 %
9.	10 %	90 %

• Opracowanie wyników

temperatura otoczenia : t_ot - 24 C

temperatura wrzenia wody : t_wrz - 100C

Odcinek od t_ot do t_wrz wody wynosi 76 C, odpowiada to 5,9 jednostek na wykresie, tak więc jedna jednostka odpowiada 12,9 ^oC.

Temperatura krzepnięcia kolejnych mieszanin oraz dwufenylu i naftalenu odczytane z krzywych chłodzenia :

1. T = 78,2C

2. T = 74,3C

3. T = 67,9C , T = 38,2C

4. T = 61,4C

5. T = 53,5C

6. T = 38,2C

7. T = 33C

8. T = 54,1C

9. T = 63,4C

10. T = 67,8C

Wykres równania fazowego T = f ( x ) sporządzony jest dla układu naftalen - dwufenyl, gdzie T - temperatura , x - skład mieszaniny w % masowych.

---