2.Біркомпонентті диаграммалар. Судың күй диаграммасы.. Біркомпонентті гетерогенді жүйелер

Судың күй диаграммасы

Біркомпонентті жүйелер үшін фазалар ережесі:

с = 1 – ф + 2 = 3 – ф.

Р-ның Т-дан немесе (Р –ның құрамнан және Т–ның құрамнан)тәуелділігінің графикалық түрін күй диаграммасы дейміз.

Сурет 1 Судың күй диаграммасы.

Күй диаграммасынын сараптау арқылы фазалар санын, олардың бiр-бiрiне айналу шегін, компоненттерінің әрекеттесу сипатын, құрам бөліктері арасында қосылыстардың түзілген – түзілмегенін білуге болады.

Фазалар болу аймақтарын жазыºтыºтар көрсетеді: мұз (М), сұйық (С) и бу (Б). Сызыºтарды» жазықтарының қиылысуы тепе – теңдік күйді көрсетеді С↔М (АО қисығы); М↔Б (СО қисығы); С↔Б (ВО қисығы). Күй диаграммасындағы нүкте (фигуративтік нүкте) жүйенің сол күйдегісін сипаттайтын параметрлер мәні. Жазықтың кез – келген шегінде фазалар санын өзгертпей – ақ Т және Р мәндерін өзгертуге болады. Себебі еркіндік дәрежесі

с = 1 – 1 + 2 = 2 (жүйе бивариантты).

Кез – келген ñûçûººà жүргізілген нүктеде жүйе с = 1 болады.

с = 1 – 2 + 2 = 1 (жүйе моновариантты). Температураны немесе қысымды ғана өзгертуге болады.

Диаграммадағы О нүктесінде жүйе үш фазалы, (М, С, Б)

с= 1 – 3 + 2 = 0 (жүйе инвариантты)

3. Екі компонентті диаграммалардың негізгі түрлері. Олардың құрастыру принциптері.

Сыртқы факторлардың арасынан бір компонентті жүйенің теңдігіне тек температура мен қысым әсер еткен жағдайда фазалар ережесі былай өрнектеледі:

С = к +2 –Ф немесе С=3-Ф

Ал сыртқы факторлардың арасынан екі компонентті жүйенің теңдігіне тек қысым мен температура ғана ықпал ететін болса, онда Гиббстың фазалар ережесі

С=к+2-Ф немесе С=4-Ф

болып түрленеді.

Үш компоненттің теңдігіне температура, қысым және компоненттердің концентрациясы әсер ететін болса, онда Гиббстың фазалар заңы:

С=к+2-ф немесе С=5-ф болып өрнектеледі.

Екі компоненттің жүйенің диаграммасы температурамен құрам арасындағы байланысты көрсетеді. Ондай диаграмманы құрастыру үшін әрбір қисықтағы өзгеріске орай абсциссаға параллель жүргізіледі. Сонымен диаграмма температура мен құрамды көрсететін түзуден, екі қисықпен төрт ауданнан құралған. Ондағы бір ауданда екі фазада тек балқыған, сұйық, ал төртеуінде екеуі кристалды күйде болады. Ал, екі ауданда В компоненттің кристалы мен А, В компоненттерінің сұйық ерітіндісі және үш ауданда А компоненттің кристалымен В және А компоненттерінің сұйық ерітіндісі болады.

Эвтетикасы қарапайым күйдің үш комионентті диаграммасы.

Үш компонентті жүйелердің күйін сипаттайтын параметрге температура, қысым және оның құрамына енетін екі компоненттің концентрациясы жатады. Ендеше мұндай жүйелердің толық күйін диаграмма төрт өлшемді болуы керек. Осыған орай үш компонентті жүйелерді тұрақты қысым жағдайында қарастырып, олардың диаграммасын кеңістіктегі тік үш қырлы призма түрінде тұрғызады, оның табаны үш компоненттің концентрациясына сәйкес келетін тең бүйірлі үшбұрыш, ал жүйе температурасына призманың биіктігі сәйкес келеді. Үш компонентті жүйенің теңдіктегі күйін қысым мен температура ешбір өзгеріссіз, тұрақты қалатын жағдайда зерттесе, призманың табанына параллель болатын жазықтағы тең үшбұрышта қиындыға айналады. Бұл үшбұрыш жүйедегі компонент құрамын өрнектейді және жүйені қарастыру едәуір жеңілдейді.

Үш компонентті жүйелердің күйін сипаттау үшін үшбұрышты және тік бұрышты диаграм- маларды қолданады. Үшбұрышты диаграммаларды Гибб не Розебум әдістерінің бірін пайда-ланып тұрғызады. Осы әдістердің екеуіне де төбелері А, В және С компоненттеріне сәйкес келетін тең қабырғалы үшбұрыш қолданылады. Осы үшбұрыштың әр қабырғасы екі компонентті системаның құрамын көрсетеді. Олай болса, осы үшбұрыштың кез-келген қабырғасында жатқан әр құрамын, ал оның ішінде орналасқан нүкте екі компонентті жүйенің құрамдық қатынасын сипаттайды.

Клаузиус-Клапейрон теңдеуі бір компонетті жүйенің фазалық күйіне температура мен қысымның әсерін көрсетеді:

( 4 )

мұндағы – фазалық ауысу жылу; Т– фазалық ауысудың температурасы. ∆ – фазалық ауысу кезіндегі жүйенің молярлық көлемінің өзгеруі. туындысы булану, возгонка процестері үшін қаныққан бу қысымының температура өзгергендегі өзгеруін көрсетеді.

Егер ∆ V = V₂ – V₁ және V₂ >> V₁ , онда теңдеуді келесідей түрде болады:

( 5)

мұндағы – буланудың молярлық жылуы.

Температура жоғарлаған сайын сұйықтық бетіндегі қанықан бу қысымы артады.

Балқу процестері үшін теңдеу:

немесе (6)

Клаузиус- Клайпейрона теңдеуінің дифференциалдық түрі келесідей:

( 7 )

Екікомпонентті жүйенің күй диаграммасы.

Екі компонентті жүйе үшін қысым тұрақты болғанда, Гиббстің фазалар ережесі мына теңдеумен анықталады:

с = 2 – ф + 1 = 3 – ф.

Қатты фазалы екікомпоненті жүйенің күй диаграммасын балқу диашраммасы дейді н/е термиялық талдау.

Балқу диаграммасы жүйе күйінің қоспалардың балқу температурасынан және олардың құрамынан тәуелділігін көрсетеді.

Термиялық талдау температураның уақыт бойынша өзгеру сипаттамасы бойынша жүйенің салқындау кезіндегі өзгерісін айтады. Салқындау қисықтары бойынша екі компоненті жүйенің күй диаграммасын тұрғызады.

Негізгі күй диаграмма түрлеріне: эвтетикалық диаграмма, конгруэнтті және инконгруэнтті балқитын химиялық қосылыстар, қатты және сұйық фазада ерігіштігі шектелген және шектелмеген.

Сурет.2. Қатты күйінде ерімейтін А және В компоненттердің балқу диаграммасы.

Т_А, Т_В –А и В компоненттерінің таза күйіндегі балқу температурасы.

Химиялық потенциал- белгілі бір зат компоненттерінің қандай күйде екенін сипаттайтын шама. Химиялық потенциалдың гомогенді және гетерогенді системадағы химиялық реакциялар мен химиялық тепе-теңдікті зерттеудегі маңызы зор.

Фазалар компоненттерінің химиялық потенциалы барлық фазаларда бірдей болғанда, мынадай қорытынды шығады: берілген компоненттің химиялық потенциалы өзара тепе-теңдік жағдайында болатын қатты дене мен бу немесе сұйық пен бу фазалары үшін бірдей болады.Енді осы айтылғаннан аса маңызды тағы да бір тұжырым пайда болады: барілген компоненттің қаныққан буының парциалды қысымы компоненттің тек будағы ғана емес,

сондай-ақ онымен тепе-теңдікте болатын қатты дене немесе сұйықтың химиялық потенциалын сипаттайды.

Бақылау сұрақтары

1. Фаза, фаза туралы түсініктердің мағанасын. Гиббс фазаларының ережесі. Түсіндір

2. Еркіндік дәрежесін қалай анықтайды?

3. .Біркомпонентті диаграммалар,. судың күй диаграммасын қандай принцп негізінде құрастырады?

4..Екі компонентті диаграммалардың негізгі түрлері. Олардың құрастыру принциптері.

Әдебиеттер:

1. Киреев В.А. Курс физической химии. – М.Химия, 1995 г., 6-10 с.

2. Оспанов Х.Х. Физическая химия. – Алматы, 1999 г., 6-12 с.

4.. Жайлауов С. Физикалық химия. Алматы: Рауан, 1992

5. Болдырев А.И. Физическая и коллоидная химия. М.: Высшая школа, 1983.

6.. Жайлау С.Ж., Кулажанова К.С. Физическая и коллоидная химия. – Алматы: Санат, 1999, с. 234.

8 –дәріс