Лекция 5-ч.1

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