3.2.2.2. Диаграммы состояния неконденсированных систем с ограниченной взаимной растворимостью компонентов в жидком состоянии

На типовых диаграммах состояния бинарных систем с ограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии (рис. 18-20), помимо линий конденсации и испарения, имеются линии, показывающие взаимную растворимость, т.е. концентрацию насыщенных растворов компонентов.

На рис. 18 линия СЖ₁ показывает растворимость компонента А в В, а линия CЖ₂ - растворимость компонента В в А в зависимости от температуры. С ростом температуры взаимная растворимость компонентов увеличивается и выше точки С, называемой точкой Алексеева, становится неограниченной.

Поле диаграммы, расположенное левее линии СЖ₁ и правее линии CЖ₂, представлено ненасыщенными растворами компонента В в А и А в В. В области диаграммы, расположенной между линиями растворимости, присутствуют две насыщенные жидкие фазы, между которыми имеются видимые границы раздела, и по правилу фаз система обладает только одной степенью свободы, т.е. при заданной температуре составы этих жидких фаз строго определены, а их относительное количество можно вычислить по правилу рычага. Например, диаграмма, представленная на рис. 18, показывает, что конденсация пара, содержащего 40 % компонента В, начинается при температуре 94°С (точка 1) и заканчивается при 82°С (точка 3), после чего охлаждаемая жидкая фаза расслаивается при 67°С (точка 5) на две жидкие фазы, одна из которых при указанной температуре содержит 40 % компонента В, а другая 70 % (точка 5').

При дальнейшем понижении температуры состав одной из жидких фаз меняется от точки 5 до точки 6", а другой – от точки 5' до точки 6' по линиям растворимости, как это показано стрелками. При 24°С система представлена двумя насыщенными жидкими фазами (точка 6), одна из которых содержит 10 % компонента В (точка 6"), а другая 95 % (точка 6'). Относительное количество первой и второй фаз по правилу рычага пропорционально длине отрезков ноды соответственно 6'-6 и 6"-6.

На рис. 19 показаны диаграммы состояния неконденсированных двухкомпонентных систем с ограниченной растворимостью веществ в жидком состоянии, которые не имеют точки полного смешения жидкостей или точки Алексеева и, соответственно, области концентраций и температур, при которых возможна взаимная растворимость компонентов.

Р ис. 18. Диаграмма состояния системы с ограниченной растворимостью в жидком состоянии.

На рис. 19 а изображена диаграмма состояния неконденсированной системы эвтектоидного типа. Взаимная растворимость компонентов определяется линиями растворимости WM и CN; линии газа (T_A-Z-T_B) и жидкости (T_A-W-C-T_B) имеют сложный характер, состав газа и жидкости в точке Z одинаков, следовательно, в газовую фазу ; расслаивание двух жидкостей – насыщенных растворов компонента А в В (Ж₂) и В в А (Ж₁) происходит в области, ограниченной точками M-W-C-N. На рис. 19 б показана типовая диаграмма состояния неконденсированной системы перитектоидного типа. Взаимная растворимость компонентов определяется линиями растворимости WM и ZN; процесс конденсации начинается на линии газа (T_A-C-T_B), процесс кипения описывается линией жидкости (T_A-W-Z-T_B); расслаивание двух жидкостей – насыщенных растворов компонента А в В (Ж₂) и В в А (Ж₁) происходит в области, ограниченной точками M-W-Z-N.

О тличительной особенностью этих диаграмм является наличие на них горизонтальных прямых, соответствующих безвариантному состоянию системы (S = 0) и, следовательно, равновесию между тремя фазами.

Рис. 19. Диаграммы состояния двухкомпонентных неконденсированных систем с ограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии эвтектоидного (а) и перитектоидного (б) типов

Горизонтальные прямые на изобарических сечениях диаграмм - это линии постоянной температуры (изотермы), а на изотермических сечениях - линии постоянного давления (изобары). В точках на горизонтальных прямых система становится безвариантной (S = 0), так как в равновесии при постоянном давлении и постоянной температуре находятся три фазы, состав которых также остается постоянным. Такое состояние системы сохраняется, пока в результате протекающих между фазами процессов число фаз не уменьшится, и система не приобретет хотя бы одну степень свободы. При конденсации газа состава, отвечающего точке Z (рис. 19 а), образуются две жидкие фазы, состав которых соответствует точкам W и C; процесс конденсации можно описать уравнением .

На изотерме (рис.19, б) в равновесии также находятся три фазы, однако взаимодействие между ними протекает по схеме , в чем легко убедиться, определив, используя правило рычага, изменение количества фаз на изотермах диаграмм. Для этого предварительно задаются произвольным значением исходного состава системы и вычисляют по правилу рычага количество фаз чуть выше и чуть ниже изотермы диаграммы.