Күй диограммалары жайлы жалпы түсінік.

Гетерогенді жүйелер деп жүйенің құрам бөліктерінң арасында беттік айырмашылық болатын жүйелерді айтамыз.

Гетерогенді реакция деп әр түрлі фазада болатын компоненттердің арасында, гетерогенді ортада өтетін процестерді айтамыз.

М: СаСО₃ → СО₂ + СаО

Компоненттер деп термодинамикалық жүйенің барлық фазаларын түзуге мүмкіндік беретін, химиялық заттардың ең аз санын айтады. Компонентердің саны жүйенің тәуелсіз құрам бөліктерінің санына тең.

Құрам бөліктері бір бірімен химиялық байланысқа түспейтін жүйелерді бірінші кластағы немесе физикалық жүйелер деп атайды (су-мұз-бу жүйесі). Бұндай жүйелердегі компонентер саны жүйенің құрам бөліктерінің санына тең.

Құрам бөліктері бір бірімен химиялық байланысқа түсетін жүйелер, екінші кластағы немесе химиялық жүйелер деп атайды. Бұндай жүйелердегі компоненттердің саны, жүйенің тәуелсіз құрам бөліктері санынан, жүйеде жүретін тәелсіз химиялық реакциялардың санын алып тастағанға тең.

М: СаСО₃ → СО₂ + СаО

Бұл жүйедегі құрам бөліктердің саны 3, ал тәелсіз реакцияның саны 1тең. Демек тәуелсіз компоненттердің саны К=3-1=2 тең.

Мәселен кальций оксиді мен кремний оксиді әрекеттесетін жүйеде, тәуелсіз жүретін химиялық процестердің саны 4:

3СаО + SiO₂ → 3СаО SiO₂

2СаО + SiO₂ → 2СаО SiO₂

3СаО + 2SiO₂ → 3СаО 2SiO₂

СаО + SiO₂ → СаО SiO₂

Жүйенің құрам бөліктерінің саны – 6, ал реакциялардың саны – 4. компоненттер саны К=6-4=2 (СаО, SiO₂).

Компоненттер санына байланысты жүйелер біркомпонентті, екікомпонентті, көпкомпонентті болуы мүмкін.

Жүйенің еркіндік дәрежелерінің сны деп – жүйе күйін сипаттайтын ең аз параметрлер саны айтылады.

Варианттылық деп – жүйенің фазалар санын өзгертпестен, белгілі бір интервалда өзгертуге болатын жүйе күйінің параметрлері снын айтамыз.

Егер жүйедегі фазалардың тепе-теңдігі жүйе параметрлерінің нақты бір бір мәнінде ғана болуы мүмкін болса, онда жүйе вариантсыз деп аталады.

Күй диаграммасы (тепе-теңдік диаграммасы, фазалар диаграммасы) дегеніміз – физика-химиялық жүйелер күйі параметрлерінің арасындағы қатынастың графикалық бейнесі.

Қарапайым біркомпонентті жүйелер күйінің диаграммасы негізгі үш параметрмен – температра, қысым және көлеммен сипатталып, кеңістіктік үшөлшемді геометриялық фигуралар болып табылады. Бірақ үшөлшемді кеңістіктік фигураларды практикада қолдану өте қиын, сондықтан ол фигураларды белгілі бір координаталық жазықтыққа (негізінен р-Т жазықтығына) проекциялайды. Алынған жалпақ фигура тұрақты көлем кезіндегі жүйе температурасы мен қысымының арасындағы тәуелділікті сипаттайды.

Нақты жүйелер күйінің диаграммалары, физика-химиялық, рентгенографиялық, электронды микроскоптық талдау әдістері мен жүйенің физикалық қасиеттерін зерттеу нәтижелерінде алынған эксперименттік мәліметтер негізінде құрылады.

Диаграммаларды құрастырудың дұрыстығы фазалар ережесі мен үздіксіздік және сәйкестік принциптері негізінде тексеріледі.

Гиббстік фазалар ережесі тепе-теңдіктегі жүйелердің, компоненттері, фазалары және еркіндік дәрежесі сандарының арасындағы қатнасты сипаттайды. Бұл фазалар ережесіне сәйкес, тепе-теңдіктегі физикалық жүйелер үшін еркіндік дәрежесі сандарының қосындысы мен фазалар саны, компоненттер санын екіге көбейткенге тең.

Ғ + n =K * 2

Бұндағы Ғ – еркіндік дәрежесі сандары;

n – фазалар саны;

К – компоненттер саны.

Физика-химиялық талдаудағы үздіксіздік принципі бойынша – жүйедегі компоненттері тұрақты болған кезде, жүйе күйінің параметрлері (қысым, температура, көлем) үздіксіз өзгерген жағдайда, жүйенің қасиеттері де үздіксіз өзгереді.

Сәйкестілік принципі бойынша физика-химиялық жүйенің әрбір фазасына (фазалар жиынтығына), жүйе күйінің диаграммасында (құрам-қасиет диаграммасында) нақты бір геометриялық бейне сәйкес келеді (нүкте, сызық, бет, көлем). Мысалы кристалданудың басталуына – ликвидус сызығы сәйкес келеді, оның үстінде бір сұйқ фазаның болу аймағы орналасқан, ал кристалданудың аяқталуына – солидус сызығы сәйкес келеді, оның төмен жағында бір қатты фазаның болу аймағы орналасқан. Егер жүйенің құрамы үздіксіз өзгеруі кезінде тұрақты құрамдағы диссоциациаланбайтын химиялық қосылыс түзілсе, онда құрам – қасиет диаграммасында диссоциациаланбайтын химиялық қосылыстың түзілуіне сәйкес келетін сингулярлық нүкте пайда болады. Үздіксіздік және сәйкестілік принципін алғаш рет физика-химиялық талдау әдісіне Н.С. Курнаков ендіріп, пайдаланды.

Күй диаграммаларын техникалық мәселелерді шешуде пайдалану

Теория мен практика үшін силикатты жүйелерде өтетін фазалар өзгерісінің физика-химиялық табиғаты жайлы және зерттелетін жүйелердегі жеке фазалардың болу мүмкіндігін, оларды жеке бөліп алмастан және химиялық талдамастан нақты көзқарас қалыптастырудың маңызы ерекше. Бұл мәселе нақты бір практикалық мәселелерді шеуге мүмкіндік беретін силикатты жүйлердің күй диаграммалары арқылы шешілуі мүмкін. Практика үшін силикатты жүйелердің химиялық қоспалар қатысында, өте кең температуралық интервалда, өздерін қалай ұстайтындығының (М: өңделетін өнімнің пештің отқатөзімді қабатымен қажетсіз, оңайбалқитын қосылыстар немесе қатты ерітінділер түзу мүмкіндігі жайлы мәліметке ие болу қажет) маңызы зор. Сұйық шлакты балқыманың кристалдануы нәтижесінде алынған дайын өнімнің құрылымы мен қасиеттерінің қандай болатындығын алдын ала болжау, жүйенің құрам бөліктерінің болу мүмкіндігінің белігілі бір шекараларын білудің маңызы зор.

Отқа төзімді бұйымдарды өндіру мен оларды қолдану кезінде полиморфты өзгертулер нәтижесінде кристалдардың көлемдік өзгеруін ескеретін температуралық режимді дұрыс таңдау қажет. Сонымен бірге құю әдісімен бұйымдарды өндірудегі кристалдану процесі кезіндегі балқыманың көлемдік өзгерісінің шамасын білудің де маңызы зор. Көптеген технологиялық мәселелерді шешу кезінде, араласпаның қажетті құрамын таңдау, әр түрлі температурадағы бір компонентпен қанықтырылған екінші компоненттің концентрациясын білу қажет болады.