6. 10 Основных вопросов, решаемых с помощью диаграмм состояния.

С помощью диаграмм состояния дляданных равновесных условий можно определить число фаз в системе, относительное количество каждой из фаз, состав каждой фазы и ее природу (чистый компонент, твердый раствор, соединение).

Экспериментальное и теоретическое построение диаграмм состояния является главным путем в решении проблемы описания гетерогенных равновесий при анализе реальных систем. Основными методами построения диаграмм состояния являются методы физико-химического анализа, основы которого были разработаны акад. Н. С. Курнаковым. В основе физико-химического анализа лежит изучение функциональной зависимости между значениями физических свойств и параметрами Р, Т, Х. Знание этих зависимостей позволяет устанавливать физико-химическую природу фаз и границы их существования. Экспериментальное построение диаграммы состояния осуществляется с применением данных различных физических методов измерения свойств, термических и рентгенографических анализов, оптической и электронной микроскопии, дилатометрии. Изучение диаграмм состояния помогает выбрать оптимальные составы смесей и сплавов, определить эффективность процессов разделения и глубокой очистки веществ при перегонке (процесс перегонки жидкого металла для разделения его на отличные по составу компоненты.), зонной плавке и т. д.

7. Виды взаимодействия элементов в твердом состоянии (3 основных вида).

Анализ диаграмм состояния показывает, что возможны три основных вида взаимодействия компонентов в равновесных физико-химических системах:

Первый вид – химическое взаимодействие, приводящее к образованию химических соединений. Ему соответствуют диаграммы с образованием соединения строго постоянного состава – дальтонида, дальтонидной фазы переменного состава, соединения переменного состава – бертоллида. Соединение может образовываться несколькими путями: или непосредственной кристаллизацией из жидкого состояния, или по перитектической реакции, или взаимодействием компонентов в твердом состоянии, или в результате превращения неупорядоченного твердого раствора при понижении температуры.

Второй вид взаимодействия компонентов – образование твердых растворов. Физико-химической основой изоморфизма служит взаимодействие компонентов, приводящее к образованию твердых растворов. Твердые растворы могут быть непрерывными, очень широкими двусторонними (т. е. у обоих компонентов), очень широкими односторонними (т. е. у одного из компонентов), широкими (порядка 20 атомных (мольных) процентов и более растворенного компонента), узкими, очень узкими (< 1 ат. (мол.) % примеси).

Третий вид взаимодействия компонентов – отсутствие всякого взаимодействия между компонентами в твердом состоянии и обособление их в виде самостоятельных структурных составляющих механических смесей. Этот вид взаимодействия (вернее невзаимодействия) характеризуется или диаграммой расслаивания (несмешиваемости) компонентов как в жидком, так и в твердом состоянии или диаграммой эвтектического типа, где компоненты полностью

смешиваются в жидком состоянии, но совсем не смешиваются в твердом состоянии.

Указанные три вида взаимодействия компонентов двойных равновесных систем могут быть поняты с точки зрения представлений о силах взаимодействия между компонентами А и В (или X и Y) в конденсированном состоянии. Если разноименные связи А–В сильнее одноименных связей А–А и В–В, то в системе образуются химические соединения. Если силы всех связей (и разноименных, и одноименных) равны, т. е. А–А = А–В = В–В, то образуются твердые растворы. Известно, что это условие является основным определением понятия идеального раствора в теории растворов. Именно это условие равенства сил одноименных (А–А, В–В) и разноименных (А–В) межатомных (межчастичных) связей является физико-химической и энергетической основой явления изоморфизма. Отметим, что в этом случае элементы (атомы) А и В являются химически взаимоиндифферентными.