170 6

Wykresy fazowe

6.1. Reguła faz

iiLHrfii oddzieloną od reszty układu wyraźną granicą, na której „Okopowe wtootó Chemiczne lub fizyczne ulegaj, ^ \    me- Fw ci zwykle oznaczane literami greckimi, a, /?, */••-

Dodąj* małe .Mc. soli (phi faz.) do wody (druga faza) w szklance , mieszając zawartość sżldank,. uzyskamy calkowne rozpuszczeń,e s, sol, w w„-₃ zmem u,worzy s,f jedna faza - roz.wór soli w wodz.e Jezel, jednak dodamy zbv, dużo sol,. ,o tylko jej pewna ilość rozpuść, s.ę w wódz*, natomiast pozostała ilo&. po zaprzestani u mieszania, osiądzie na dnie szklanki. Wówczas w szklance będą dw*c fazy: woda nasycona solą (nasycony roztwór soli w wodzie) oraz nadmiar soli w stanic stałym. To doświadczenie wskazuje, że rozpuszczalność soli w wodzie jest ograniczona W przypadku roztworów stałych rozpuszczalność pierwiastka, którego atomy tworzą roztwór międzywęzłowy, równic* jest zawsze ograniczona Składnikami układu nazywa się pierwiastki lub związki niezbędne do utworzenia wszystkich faz występujących w danym układzie. Na przykład w roz-dziaJe 4 stwierdzono, że w stanie stałym Cu i Ni rozpuszczają się w sobie meogramczenie W układzie Cu-Ni występuje zatem w stanic stałym tylko jedna faza (roztwór stały). natomiast układ jest dwuskładnikowy, gdyż do utworzenia roztworu są konieczne atomy Cu i Ni. Składnikami układu mogą być również związki chemiczne Na przykład w układzie Mg0-A!,0, składnikami są związki chemiczne MgO i AljOy

Liczba stopni swobody to liczba możliwych w układzie zmiennych niezależnych, których zmiana nic powoduje zmiany liczby faz. Zmiennymi niezależnymi stanu układu są temperatura, skład (stężenie składników) i ciśnienie. Czysty pierwiastek w temperaturze topnienia (T_r) ma zero stopni swobody, gdyż w temperaturze T_f istnieją w równowadze dwie fazy (ciekła i stała), a wzrost temperatury ub jej obniżenie powoduje zmiany stanu układu: stopienie się fazy stałej przy k/jdścic temperatury lub skrzepnięcie cieczy przy obniżeniu temperatury.

* trunkach równowagi fazowe, między liczbą siopn, swobody, liczbą

(6.1)

^V/, i liczba fa* ^,sln,CJC ****** ^/'^{a,cżność w}>razona regułą faz Gihbsa

WF⁷ _m^/+2

_hc/ba stopni swobody (liczba zmiennych niezależnych, których zmiana nie liczby faz), n - liczba składników./- liczba faz.

^/rnl‘‘^M>iri)'wadzaniu reguły faz przyjęto. Ze współistniejące fazy znajdują pr*> ^%/^V^_()Wagi. Oparte na niej rozważania są zatem słuszne tylko dla

sianie równowagi.

-kszość interesujących nas materiałów w procesie wytwarzania wystanie* stałym lub ciekłym, natomiast ciśnienie niezbyt różni się od lanego. W przypadku układów skondensowanych n.eduZe zmiany ciś-

--ninWa/.    ^

-⁵"^{0    ,s,0,n,c} "^a,^Sla" ^rńwnowa?'- «ot*c tego można _pr/y|ąć

en*)'* "^3k 1 r6WnC am<’⁵'^tryC''"^Cm“ ⁽¹⁰ⁿ bPa) W takich warunkach feba

n.e»leżnych maleje o jeden, a reguła far. przyjmuje postać » = ^n_/^+l (6.2)

podczas topnienia lub klepnięcia czystego pierwiastka temperatura nozo-_JJ|C sala. gdy^    ^Zalem ■'='—2+1=0. Zmiana temperatury

3EkK« ^{ro0iliWa d}°P^,er" ^wów^- !»*»» topnienia wszystkie kryształy „„tu w fazę ciekłą, a podczas krzepnięcia, gdy cala ciecz skrzepnie wówczas f, Uff.¹«« * =' [^edcn SIOpleń swobod>' ^oznat'^a- « zmiana temperatury nic „„sieje zmian składu fazowego pierwiastka Dla stopu składającego się z dwóch Stasików chemicznych (n = 2). o strukturze dwufazowej (/= 2). liczba stopn, ,_Mtoiy wynw' as-2 - 2 + ! = I Oznacza to ,s = |), ze podczas zmiany iiiiccratury zostaje zachowana struktura dwufazowa, jak również że zmiana wpenwy powoduje zmianę składu faz. gdyż skład jest w t_vm przypadku zm,enną zakrżoa Wnioski wynikające z. reguły faz zesłaną w pełni docenione dopiero podczas ootwianra wykresów fazowych.

6.2. Ogólne uwagi o wykresach fazowych

Wykres dla H_;0 (układ jednoskładnikowy), przedstawiający zakresy występowania lodu, wody i pary wodnej we współrzędnych: ciśnienie na osi odciętych temperatura na osi rzędnych, pokazano na rys. 6.1. Przy stałym ciśnieniu wykres uc się jednowymiarowy. Taki wykres przy ciśnieniu atmosferycznym pokazano na ru 6.lb. Przedstawia on to. że podczas dostarczania ciepła do układu lód topnieje pny (FC. a woda przemienia się w parę wodną w 1(X)°C. natomiast podczas ddjwania ciepła przez układ procesy w 0 t 100°C przebiegają w kierunku odwrotnym.

171