5.4Діаграма стану води

Діаграму стану води характеризує зміну властивостей води залежно від температури і тиску (рис. 5.1). Криві на діаграмі поділяють площину між координатними осями на три області: нижче від лінії МОК – розташована область існування ненасиченої водяної пари, між лініями ОL і ОK – область рідкої води, ліворуч від лінії МОL – область льоду. В межах кожної з цих областей можна довільно змінювати тиск і температуру – система при цьому залишиться однофазною. Тобто система має два ступеня вільності або як кажуть система двоваріантна ( С = 2).

Лінії ОК і МО – відокремлюють конденсовані фази (лід і рідку воду) від водяної пари. Вздовж цих ліній з підвищенням температури або тиску здійснюються процеси випаровування і возгонки. У разі зниження температури або тиску вздовж цих кривих відбуваються оборотні процеси конденсації, тобто перехід водяної пари в рідину і тверду фазу відповідно. Лінія ОL – характеризує процеси плавлення льоду та кристалізації рідкої води. Система під час перебігу в ній всіх вищевказаних процесів двофазна і моноваріантна. Тобто в системі довільно можна змінювати лише один з параметрів, інший – повинен змінюватись залежно від першого (С = 1). Точка 0 називається нульовою точкою води: за умов, що відповідають цій точці, в рівновазі одночасно знаходяться три фази – рідка вода, лід і водяна пара. Система за цих умов – безваріантна (С = 0).

Рисунок 5.1 – Діаграма стану води

Лекція № 6. Термічний аналіз

План лекції

1. Побудова діаграм стану систем за кривими охолодження.

2. Діаграми стану систем, компоненти яких утворюють твердий розчин.

3. Діаграми стану систем, компоненти яких утворюють евтектику.

4. Фазові діаграми стану водно-сольових систем. Кріогідрати.

Рекомендована література: [1]С.40-47,[2]С.41-47,[3]С.331-348.

6.1 Побудова діаграм стану систем за кривими охолодження

Розділ фізико-хімічного аналізу, що вивчає залежність температур кристалізації або плавлення систем від їх складу називається термічним аналізом. Термічний аналіз ґрунтується на побудові фазових діаграм стану конденсованих систем, які містять лише рідкі і тверді фази. Для побудови діаграм користуються двома способами:

– аналізом кривих охолодження, які показують зміну температури речовин або їх сумішей з часом;

– фіксуванням температур, за яких у прозорих розплавах з’являються перші кристали.

Так, для побудови діаграм стану двокомпонентних систем беруть дві речовини і готують з них суміші різного складу. Суміші розплавляють, після чого повільно охолоджують і відмічають через певні проміжки часу температуру сплаву. Таким чином одержують криві охолодження. На рис. 6.1 наведено криві охолодження чистої речовини та її сплаву з іншою речовиною.

Т

Перехід чистих речовин з рідкого стану в твердий супроводжується виділенням теплоти. Тому, доки вся рідина не кристалізується, її температура залишається сталою (лініяbc на кривій – 1). Під час охолодження розплаву двох речовин спочатку спостерігається рівномірне охолодження рідкого розплаву (лінія ab на кривій – 2), доки з розплаву не починають виділятися кристали однієї з речовин.

Рисунок 6.1 – Криві охолодження:

1 – чистої речовини; 2 – сплаву 2-х речовин

Якщо температури кристалізації речовин відрізняються, то виділення кристалів з їх розплаву починається в інтервалі між температурами кристалізації чистих речовин. Під час виділення кристалів однієї з речовин склад розплаву змінюється, що призводить до зниження температури його кристалізації (лінія – bс на кривій – 2). Коли розплав стає насиченим відносно обох речовин починається одночасна кристалізація обох речовин (точка – с). Це відповідає появі горизонтальної ділянки – сd. Після закінчення процесу кристалізації починається охолодження вже твердого сплаву, яке характеризується лінією dе.