10. Қатты ерітінділер түрлерін, жүйе компоненттерін (компоненттер саны) сипаттаңыз

Ерітінділер— кем дегенде екі құрамдас бөліктерден тұратын құрамы өзгермелі гомогенді (біртекті) жүйелер. Ерітінділер газ тәрізді,сұйық және қатты болуы мүмкін. Олардың ішінде жан-жақты зерттелгені және жиі қолданылатыны сұйық, әсіресе, сулы ерітінділер. Сондықтан тұрмыста ерітінділер деп, көбінесе, сұйық күйдегі молекула-дисперстік жүйелерді айтады. Ерітінділердің құрамы құрамдас бөліктердің конценрацияларымен сипатталады. Ерітінділер қаныққан, қанықпаған және аса қаныққан деп бөлінеді. Берілген температурада жақсы еритін заттардың ерігіштігінің де шегі бар. Еріген заттың концентрациясы белгілі бір мөлшерден асқанда, оның артығы ерімей, ерітіндінің түбіне шөгеді. Бұл кезде ерітінді мен еріген зат тепе-теңдік жағдайда болады. Мұндай ерітінділерді қаныққан ерітінділер, ал концентрациялары қаныққан ерітіндінің концентрациясына дейінгі барлық ерітінділерді қанықпаған ерітінділер деп атайды. Кейбір еріткіштің белгілі бір мөлшерінде еритін заттың ерігіштігіне сәйкес мөлшерінен де артық мөлшерін ерітуге болады. Мұндай ерітінділер аса қаныққан ерітінділер деп аталады. Аса қаныққан ерітінділердің тұрақтылығы нашар болады. Кез келген сыртқы әсерден еріген заттың артық мөлшері ерітіндіден бөлініп, тұнбаға түседі. Сөйтіп аса қаныққан ерітінді жай қаныққан ерітіндіге айналады. Кей заттар ерігенде олардың молекулалары иондарға ыдырайды, яғнидиссоциацияланады. Электр тогын өткізетін болғандықтан, ондай заттардың ерітінділерін электролит ерітінділері деп атайды. Оған көптеген қышқылдар мен негіздердің, әсіресе, тұздардың ерітінділері жатады. Керісінше, ерігенде молекулалары иондарға ыдырамайтын, сондықтан электр тогын өткізбейтін заттардың ерітінділері бейэлектролиттердің ерітінділері деп аталады.Полимерлердің ерітінділері ерітінділердің үлкен тобын құрайды.

Қатты Ерітінділер– концентрациялары берілген температураның, қысымның кейбір шегінде өзгеретін, біртектілігі бұзылмайтын, бірнеше құраушылардан тұратын қатты заттар. Қ. е. хим. төзімді, электр тогын жақсы өткізеді, өте берік, қатты және майысқақ.

Жүйе-бақылау және зерттеу үшін белгіленген денелер тобы. Металтануда металдар мен

металдық қорытпалар жүйе болып табылады. Таза металл жай бір компонентті жүйе, ал

қорытпа екі немесе одан да көп компоненттерден тұратын күрделі жүйе болып табылады.

Компоненттер-жүйені құрайтын заттар. Компоненттер ретінде таза заттар мен химиялық

қосындылар алынады.

Фаза- жүйенің біркелкі бөлігі.

Варианттылық (С-еркіндік дәреже саны)- жүйедегі фаза мөлшерін өзгеріссіз қалдырып,

өзгертуге болатын ішкі және сыртқы факторлардың санын айтамыз(температура,қысым,

конценрация).

Варианттылық С=1 болса, (моновариантты жүйе), фаза санын өзгертпей, факторлардың

бір түрін өзгертуге болады.

Варианттылық С=0 болса, (нонварианттық жүйе), фаза санын өзгертпей сыртқы

факторларды өзгертуге келмейді.

Компонент саны (К), фаза саны (Ф) және жүйенің варианттылығы (С) арасында

математикалық байланыс бар.Бұл фаза ережесі немесе Гиббс заңы

С=К-Ф+2

Түленулер тұрақты қысымда өтсе, айнымалы саны азаяды С=К-Ф+1

Мұнда:С-еркіндік дәрежесінің саны; К- компонент саны; Ф- фаза саны ;1- температураның

өзгеру мүмкіндігін есептейді.

11. Термодинамикалық потенциалдар ұғымын сипаттаңыз. Фазалық тепе-теңдік

диаграммасының мүмкіндіктерін анықтаңыз

Термодинамикалық потенциал - әрқайсысы жүйенің барлық термодинамикалық қасиеттерінін толық сипатын беретін, термодинамикалық жүйенің күйін сипаттайтын параметрлердің белгілі бір функциясы.

В однокомпонентных или многокомпонентных системах могут реализоваться состояния, когда в равновесии находятся несколько фаз. Такое состояние называется гетерогенным равновесием.

Гетерогенное равновесие в системе, состоящей из Ф-фаз и К-компонентов реализуется при следующих условиях:

Ф столбцов

Т₁=Т₂=Т₃=…=Т_ф

Р₁=Р₂=Р₃…=Р_ф

µ¹₁=µ¹₂=µ¹₃=…=µ¹_{ф (К+2) - строки} (3.2)

µ²₁=µ²₂=µ²₃=…=µ²

К – строк

µ^к₁=µ^к₂=µ^к₃=…=µ^к_ф

где верхний индекс К- обозначает номер компоненты, нижний Ф - номер фазы, µ^к_ф – химический потенциал К- компонента в Ф-фазе. Представление о химическом потенциале является центральным в фазовом равновесии.

Система уравнений (3.2) состоит из (К+2) строк и Ф и столбцов. В первых двух строках записано условие, что температура каждой фазы и давление над каждой фазой одинаковы во всей системе. В следующих К строках зафиксировано положение, что химический потенциал µ_i данного компонента во всех фазах одинаков.

Химическим потенциалом i-того компонента называется работа, затраченная на увеличение числа частиц i-того сорта в системе на единицу при постоянстве всех остальных переменных, от которых зависит термодинамический потенциал (под частицами подразумевают атомы, молекулы).

В зависимости от условий, в которых находятся фазы, для их описания применяют следующие термодинамические потенциалы:

G – изобарно-изотермический потенциал (потенциал Гиббса),

F – свободная энергия (энергия Гельмгольца) или изохорно-изотермный потенциал,

U – внутренняя энергия системы,

H – энтальпия системы (теплота плавления, кристаллизации).

G = H – TS или G = PV – TS, (3.3)

где S – энтропия.

Химический потенциал представляет собой частную производную одного из термодинамических потенциалов по числу частиц i-того компонента в фазе:

μ= (3.4)

где N – число частиц в однокомпонентной фазе.

Фазовые равновесия можно описать как аналитически, так и графически. Для графического описания используют диаграммы фазовых равновесий (ДФР) или фазовые диаграммы (ФД), которые иногда не точно называют диаграммами состояния системы.

ДФР однокомпонентной системы представляет собой геометрическое изображение фазовых состояний, которые реализуются в однокомпонентной системе при тех или иных внешних параметрах. ДФР однокомпонентной системы строят в координатах давление-температура (Р – Т).

ДФР многокомпонентной системы (К>1) представляют собой геометрическое изображение фазовых состояний (равновесий и превращения фаз), которые реализуются при тех или иных параметрах в результате взаимодействия компонентов, входящих в систему. ДФР многокомпонентной системы строят в координатах Р – Т – Х, где Х – концентрация компонента.

Каждая точка ДФР характеризует параметры физико-химических систем, образующиеся в результате взаимодействия компонентов, слагающих ДФР.

ДФР могут быть 2-х мерными, 3-хмерными т.д. С помощью ДФР для данных условий можно определить:

1) число фаз в системе;

2) относительное количество каждой из фаз;

3) состав каждой фазы и ее природу, (т.е. чистый компонент, раствор, соединение и т.д.)

4) характер фазовых превращений.

Следует иметь в виду, что ДФР без специальных пояснений не дает информацию об атомном строении фаз и их кристаллической решетке. ДФР может считаться полностью достоверной только после того, как с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА) расшифровано атомное строение каждой из фаз данной системы.

Основной метод построения ДФР – метод физико-химического анализа, основы которого были разработаны академиком Курнаковым Н.С. (ИОНХ РАН им. Курнакова). В основе физико-химического анализа лежит изучение функциональной зависимости между значениями физических свойств и параметрами Т, Р, Х. Знание этих зависимостей позволяет установить физико-химическую природу фаз и границ их существования. Физические свойства определяются из зависимостей f(T), f(P), f(Х).

12. I- және II-текті фазалық ауысуларды сипаттаңыз, шарттарын анықтаңыз

Фазалық ауысу^[1][2], фазалық түрлену — кең мағынасында сыртқы жағдайлар (температура, қысым, магниттік және электрлік өріс, т.б.) өзгергенде заттың бір фазадан екінші фазаға ауысуы; тар мағынасында сыртқы параметрлер үздіксіз өзгергенде физикалық қасиеттердің секірмелі өзгеруі. Температураның, қысымның немесе қандай да бір басқа физ. шаманың Фазалық ауысу өтетін мәні ауысу нүктесі деп аталады. Фазалық ауысудың екі тегін ажыратады. Бірінші текті Фазалық ауысуда заттың тығыздығы, құраушыларының концентрациясы сияқты термодинамикалық сипаттамалары секірмелі түрде өзгереді; масса бірлігінде Фазалық ауысу жылуы деп аталатын жылудың толық анықталған мөлшері бөлінеді немесе жұтылады. Екінші текті Фазалық ауысу кезінде қандай да бір нөлге тең физикалық шама ауысу нүктесінің бір жағынан екінші жағына қарай ығысу нүктесінен алыстағанда нөлден бастап біртіндеп өседі. Мұнда тығыздық үздіксіз өзгереді, жылу бөлінбейді және жұтылмайды. Бірінші текті Фазалық ауысу табиғатта кең таралған құбылыс. Оған булану мен конденсаттану, балқу мен қатаю, қатты фазаға сублимациялану мен конденсаттану, қатты денелердегі кейбір құрылымдық ауысулар, мысалы, темір-көміртек қорытпасында мартенситтің түзілуі жатады. Таза асқын өткізгіштерде жеткілікті күшті магнит өрісі асқын өткізгіштік күйден қалыпты күйге бірінші текті Фазалық ауысутуғызады. Екінші текті Фазалық ауысуға: макроскоп. магниттік моменттің пайда болуымен бірге жүретінпара-ферромагнетик. ауысу, пара-антиферромагнетик. ауысу, т.б. жатады. Фазалық ауысу температураның, т.б. шамалардың қатаң анықталған мәндеріндегі бөлшектер санына шек қойылмайтын жүйеде ғана өтетін құбылыс.

В однокомпонентных или многокомпонентных системах могут реализоваться состояния, когда в равновесии находятся несколько фаз. Такое состояние называется гетерогенным равновесием.

Гетерогенное равновесие в системе, состоящей из Ф-фаз и К-компонентов реализуется при следующих условиях:

Ф столбцов

Т₁=Т₂=Т₃=…=Т_ф

Р₁=Р₂=Р₃…=Р_ф

µ¹₁=µ¹₂=µ¹₃=…=µ¹_{ф (К+2) - строки} (3.1)

µ²₁=µ²₂=µ²₃=…=µ²_ф

…………………….

µ^к₁=µ^к₂=µ^к₃=…=µ^к_ф

где верхний индекс К- обозначает номер компоненты, нижний Ф - номер фазы, µ^к_ф – химический потенциал К- компонента в Ф-фазе. Представление о химическом потенциале является центральным в фазовом равновесии.

Система уравнений (1) состоит из (К+2) строк и Ф и столбцов. В первых двух строках записано условие, что температура каждой фазы и давление над каждой фазой одинаковы во всей системе. В следующих К строках зафиксировано положение, что химический потенциал µ_i данного компонента во всех фазах одинаков.

Химическим потенциалом i-того компонента называется работа, затраченная на увеличение числа частиц i-того сорта в системе на единицу при постоянстве всех остальных переменных, от которых зависит термодинамический потенциал. (под частицами подразумевают атомы, молекулы).

В зависимости от условий, в которых находятся фазы, для их описания применяют следующие термодинамические потенциалы:

G - изобарно-изотермический потенциал (потенциал Гиббса),

F - свободная энергия (потенциал, энергия Гельмгольца) или изохорно-изотермный потенциал,

U - внутренняя энергия системы,

H - энтальпия системы (теплота плавления, кристаллизации).

G = H – TS или G = PV – TS, где S – энтропия.

Переход между агрегатными состояниями сопровождается изменением свободной энергии:

F = U – TS,

где U – внутренняя энергия;

T – температура;

S = q / T – энтропия (связана с теплом).

Химический потенциал представляет собой частную производную одного из термодинамических потенциалов по числу частиц i-того компонента в фазе:

μ= (3.2)

где N – число частиц в однокомпонентной фазе.