Анализ диаграмм состояния двойных сплавов

Получим две фигуративные точки солидуса,вкаждой из которых находятся в равновесии две твердые фазы.При эвтектической температуре заканчивается кристаллизация двухкомпонентной системы и образуется твердый раствор, состоящий из крупных кристаллов (CsCl или CsCl2), спаянных между собой мелкими кристаллами эвтектики.Из основного закона равновесия фазследует, что для двухкомпонентной системы с конденсированными фазами при постоянном давлениичисло степеней свободыС равно:С = К + 1 – Ф =3 –ФПри эвтектической температуре число фаз равно 3. Следовательно, число условных термодинамических степеней свободы системы составляет 0, что означает, что система находится в равновесии. Равновесие системы не сместится и температура не изменится, пока весь расплав не кристаллизуется в соответствующую твердую фазу. Задание 8. При какой температуре начнет отвердевать расплав, содержащий 10 % вещества CsCl? При какой температуре он отвердеет полностью? Каков состав первых кристаллов?Предположим, что расплав, заданный фигуративной точкой c на диаграмме (рисунок 1), содержит 10 % вещества CsCl. Из фигуративной точки, выражающий данный состав, опустим перпендикуляр на ось концентраций. Первичная кристаллизация сплавов системы начинается по достижении температур, соответствующих линии ликвидус, и заканчивается при температурах, образующих линию солидус.При этом из каждого сплава по мере понижения температуры в твердую фазу переходит вначале тот компонент, количество которого превышает эвтектическую концентрацию.Таким образом, при понижении температуры до температуры, соответствующей ординате точки а0(T = 1124K)на ликвидусе, начинается выпадение первых кристаллов чистого вещества СsCl2. При этом жидкая фаза обедняется компонентом СsCl2, что приводит к снижению температуры плавления системы. При дальнейшем понижении температуры до эвтектической (ТЕ1) система достигает фигуративной точки d0 на солидусе. Начинается выпадение твердой эвтектики (т.е. смеси кристаллов и CsCl2), что представлено горизонтальным отрезкомна кривых охлаждения (рисунок 2).Задание 9. При какой температуре начнет плавиться система, содержащая50 % вещества CsCl? При какой температуре она расплавится полностью? Каков состав первых капель расплава?Из фигуративной точки на оси концентраций, выражающий заданный состав (50 % вещества CsCl), восстановим перпендикуляр.Так как системе, содержащей 50% CsCl соответствует линия образования химического соединения , то плавление происходит в точке максимума (точка IV). Таким образом,система, содержащая 50%CsCl, полностью расплавится при температуре 1180K, состав первых капель расплава – химическое соединение состава 50% CsCl.Задание10. Вычислитетеплоты плавления веществ CsCl и CsCl2.Теплоты плавления растворенных веществ CsClиCsCl2 определяются по уравнению Шредера, которое для предельно разбавленных двухкомпонентных растворов имеет вид:, где–теплота плавления растворителя, [Дж/моль];R – универсальная газовая постоянная;–температура плавления чистого растворителя, [K];–понижение температуры кристаллизации разбавленного раствора (расплава) концентрации , [молярная доля].Формула работает при Определим теплоты плавления растворенных веществ и для системы CsCl-CsCl2 при Р= 101,33 кПа (рисунок 1), подставив в формулу численные значения соответствующих величин.Значение Rсоставляет .=1147K. Температура кристаллизации расплава системы CsCl-CsCl2с концентрацией , равной 0,1 мол.дол., понижается до 1124 К (рисунок1).=876,8K. Температура кристаллизации расплава системы CsCl-CsCl2с концентрацией , равной 0,1 мол.дол., понижается до 872 К (рисунок 1).Задание11.Какой компонент и сколько его выкристаллизуется из системы, если2 кг расплава, содержащего,35 % веществаCsCl,охладить от 1173 K до1093 K? Рассмотрим решение задачи на примере диаграммы плавкости системы CsCl-CsCl2 (рисунок 1). Пусть при температуре 1173 Kсостояние системы, содержащей35 % веществаCsCl, отображается фигуративной точкой a. При охлаждении системы до температуры 1093 K (фигуративная точка O) некоторое количество компонента CsCl выделилось в виде кристаллов. Чтобы определить состав твердой и жидкой фаз системы при заданной температуре, необходимопровести ноду – прямую линию через точку 1093 K, параллельную оси концентрации, до пересечения с линиями диаграммы, ограничивающую данную область.Проекции точек пересеченияна ось концентраций показывают составы фаз. Точка пересечения L покажет концентрацию расплава, точка N –химическое соединение .Ноды используют для предварительного определения массы кристаллов, образующихся при охлаждении расплавов:отношение массы фаз, находящихся в равновесии в некоторой точке диаграммы состояния, пропорциональны длинам противолежащих плеч ноды.Например, в точке Oправило рычага запишется следующим образом:где mкр– масса твердой фазы (кристаллов), mж–масса жидкой фазы (расплава), ON, LO–длины отрезков ноды между конфигуративной точкой и точками, определяющими составы фаз.Так как масса расплава составляет 2 кг, тов точке Omж = 2 –mтв.Отрезок, прилегающий к линии ликвидус, определяет количество твердой фазы.Отрезок, прилегающий к линии солидус (или к оси компонента), определяет количество жидкой фазы.Поскольку требуется определитьмассу твердой фазы (кристаллов), а состав бинарной системы выражен в мольных процентах, то чтобы определить длины плеч, надо выразить составы в массовых процентах. Для этого воспользуемся формулой пересчета молярных процентов в массовые, которую нетрудно вывести:где – массовая доля компонента CsCl в смеси, – молярная доля компонента CsCl в смеси, и– молярные массы компонентов системы.В нашем примере абсцисса точки L составляет 0.24 мол. дол., точки O – 0.35, точки N – 0.5.M(CsCl)=133+35.5=168.5г/моль, M(CsCl2)=133+35.52=204 г/моль.Список использованной литературыКонспект лекций дисциплины «Материаловедение» (основные сведения из главы 5).Н.Л.Глинка. Общая химия/ под редакцией В.А.Попкова, А.В.Бабкова. – М.:Изд-во Юрайт, 2011. -886 с.Н. Г. Новиков. Общая и экспериментальная химия [Текст] : учеб. пособие / Н. Г. Новиков, И. М. Жарский . - Минск : Соврем. шк., 2007- 832 с.П. Эткинс, Дж. Де Паула. Физическая химия: Ч.1. Равновесная термодинамика. –М.:Мир, 2007 – 494 с.В.В.Еремин, С.И.Каргов, И.А.Успенская и др. Основы физической химии. Теория и задачи. − М.:изд−во «Экзамен» 2005А.Г.Стромберг, Д.П.Семченко. Физическая химия. – М.: Высш.Шк., 2003. – 527 с.К.С.Краснов, Н.К.Воробьев, И.Н.Годнев и др. Физическая химия. В 2 кн. Кн. 1. Строение вещества. Термодинамика. - М.:Высш. шк.,2000. - 512 с.Н.В.Коровин. Общая химия.- М.:Высш.Шк., 1998. - 558 с.