Метод Розебума

В основе метода Розебума (расчет состава трехкомпонентной системы) положено другое свойство равностороннего треугольника.

Сумма отрезков, проведенных из одной точки внутри треугольника параллельно его сторонам, равна стороне треугольника, которую принимаем за 1 или 100%.

Например (рис. 12).

Рис. 12. Определение состава трехкомпонентной системы

по методу Розебума

Кроме того, приняты следующие основные закономерности, связанные с представлением состава на треугольной диаграмме:

1. При движении точки, характеризующей состав системы, в сторону от вершины треугольника концентрация компонента, соответствующая этой вершине, уменьшается.

2. Любая прямая, параллельная стороне треугольника, представляет собой линию постоянной концентрации компонента, которому эта вершина отвечает.

Например, точки, лежащие, на прямой MN, параллельной стороне АС равностороннего треугольника АВС, противолежащей вершине В – состав системы с постоянным содержанием компонента В равным 14%.

3. Любая прямая, проходящая через вершину треугольника, отвечающую данному компоненту, соответствует постоянному соотношению между двумя остальными компонентами.

Например, точки, лежащие на прямой BL, проходящей через вершину В изображают составы системы с постоянным соотношением концентраций двух других компонентов А и С. В нашем примере А : С = 28 : 72 = 7 : 18.

Пример. Определить состав трехкомпонентной системы в точке S.

Решение.

Чтобы определить состав трехкомпонентной системы в точке S методом Розебума, из этой точки проводят прямые параллельные сторонам треугольника SE ׀׀ BC, SF ׀׀ AC, SP ׀׀ AB.

Процентное содержание компонента А характеризуется отрезком SF, содержание В – отрезком SP, содержание С – отрезком SE.

Но учитывая, что SF = ОС, SP = ОР, SE = АР выясняется, что содержание всех трех компонентов в системе можно определить по делениям, нанесенным на одной стороне треугольника (АС).

В нашем случае состав системы в фигуративной точке S будет таковым:

состав компонента А характеризуется отрезком ОС (32%);

состав компонента В характеризуется отрезком ОР (26%);

состав компонента С характеризуется отрезком АР (42%).

Метод Розебума получил более широкое применение.

5. Термический анализ

Цель работы:

1. Изучить основные положения гетерогенного равновесия.

2. Освоить простейшую методику термодинамического анализа двухкомпонентных систем.

3. Научится строить диаграммы состояния бинарных систем по кривым охлаждения и анализировать их с помощью правила фаз Гиббса.

План коллоквиума

1. Правило фаз Гиббса.

2. Диаграммы состояния однокомпонентных систем.

3. Неизоморфные системы:

1. диаграмма состояния неизоморфной системы с простой эвтектикой. Правило рычага, треугольник Таммана;

2. диаграммы состояния неизоморфных систем с образованием устойчивых химических соединений;

3. диаграмма состояния неизоморфных систем с образованием неустойчивых химических соединений.

   4. Изоморфные системы. Диаграммы состояния.

Метод термического анализа основан на изучении изменения температуры системы в зависимости от времени охлаждения. В результате получаются кривые охлаждения. Вид их зависит от состава и типа смеси (рис. 13).

Кристаллизация расплавленного индивидуального вещества, подвергнутого медленному охлаждению, вызывает температурную остановку. Состав жидкой фазы остается неизменным и выделяющаяся теплота кристаллизации полностью компенсирует отвод тепла в окружающую среду.

На кривой охлаждения (рис. 13, а) выделения первого кристалла отвечает точка А. Длительность температурной остановки и тем самым размер горизонтального участка (АВ) зависит от количества кристаллизуемого вещества и от скорости отвода тепла. При исчезновении последней капли жидкости (точка В) температура вновь начинает понижаться.

а б

Рис. 13. Виды кривых охлаждения

При охлаждении расплава двухкомпонентной системы кристаллизация начинается с того компонента, относительно которого жидкий расплав становится насыщенным.

Рассмотрим кривую охлаждения 1 (рис. 13, б).

Точка А – кристаллизация одного из компонентов – приводит к излому кривой и к понижению скорости охлаждения вследствие выделения теплоты кристаллизации. Отсутствие температурной остановки объясняется тем, что состав жидкой фазы при кристаллизации меняется.

При достижении температуры, при которой жидкий раствор становится насыщенным относительно второго компонента (точка В), происходит одновременная кристаллизация обоих компонентов.

Раствор, насыщенный обоими компонентами и изменяющий наименьшую температуру кристаллизации, называется эвтектическим.

Состав жидкой фазы остается постоянным, поэтому на кривой охлаждения наблюдается температурная остановка (ВС). После отвердевания всей смеси (точка С) температура снова понижается.

Кривые 1 представляют собой виды идеальных кривых охлаждения, которые наблюдаются в основном при кристаллизации смеси металлов.

Сложные вещества и их смеси, в частности органические, как правило, кристаллизуются с переохлаждением, величина которого зависит от чистоты вещества и условии охлаждения. Это приводит к более сложной форме охлаждения (кривые 2).

В качестве температуры начала кристаллизации следует взять температуру А (соответствующую точке А, на кривой 1), а в качестве температуры конца кристаллизации – температуру С (соответствующую точке С, на кривой 1).

На основании кривых охлаждения строим диаграмму плавкости (диаграмму состояния).