Диаграмма состояния однокомпонентных систем
Для однокомпонентной системы С =1 – Ф + 2 = 3 – Ф.
Если система однофазна, С = 2, система дивариантна, т.е. в некоторых пределах можно произвольно изменить Р и Т, не изменяя при этом число фаз (например, пар, жидкость, твердое тело).
Если система двухфазна, С = 1, система моновариантна, это означает, что в некоторых пределах, не изменяя числа и вида фаз, можно менять только температуру и только давление, причем при изменении одного из этих параметров состояния другой изменяется в соответствии с изменением первого.
Примерами таких систем могут служить тв. тело (I) тв. тело (II); тв. тело пар; тв. тело жидкость; жидкость пар.
Для равновесия жидкость пар при понижении Т часть пара конденсируется и давление пара понизится, а при повышении Т некоторое количество жидкой воды испарится и давление пара повысится.
Для трехфазной однокомпонентной системы С = 0 (нонвариантна) Такое равновесие возможно только при строго определенных значениях Р и Т. Изменение одного из этих параметров приведет к изменению числа фаз. Больше трех фаз в однокомпонентной системе существовать одновременно не может. С = 3 – Ф, Ф 3.
Диаграмма, выражающая зависимость состояния системы и фазовых равновесий в ней от внешних условий (Р, Т) или от состава системы называется диаграммой состояния или фазовой диаграммой. Такие диаграммы строятся по соответствующим опытным данным и широко применяются для характеристики различных систем.
Рассмотрим диаграмму состояния воды, где на оси абсцисс отложена температура, а на оси ординат – давление.
Области 1, 2, 3 – области существования одной фазы, в этих областях система бивариантна, т.е. одновременно можно изменить оба параметра без изменения числа фаз. Любая из точек 4-6 на кривых АО, ОС, ОВ – отвечает моновариантной системе, в которой произвольно можно менять только один из параметров, не изменяя числа фаз.
Кривые на фазовой диаграмме соответствуют фазовым переходам. АО отвечает возгонке и показывает, как зависит давление насыщенного пара надо льдом от температуры (равновесие лед – пар). ВО (кривая плавления) отвечает процессу плавления и соответствует фазовому переходу H2O(ТВ) H2O(Ж). Кривая ОС отвечает процессу испарения и соответствует фазовому переходу H2O(Ж) H2O(ПАР) и показывает как зависит давление пара воды от температуры.
Все три кривые пересекаются в точке О, называемой тройной точкой воды. Эта точка на диаграмме отвечает нонвариантной системе. Лед, пар, жидкая вода находятся в равновесии при Р = 609 Па, t = 0,010С (273,16К).
Точке С на кривой испарения отвечают координаты 374,20С и 22083,4 кПа, эта точка называется критической. В этих условиях жидкая и парообразная фазы по своим термодинамическим свойствам становятся тождественными. Точки 7 и 8 соответствуют температуре плавления льда и температуре кипения воды.
Диаграммы состояния двухкомпонентных систем
Наибольшее значение для стоматологов имеют равновесия тв. тело жидкость и тв. тело (I) тв. тело (II). Эти системы находятся в конденсированном состоянии и небольшие изменения давления практически не влияют на фазовые равновесия. Поэтому в этом случае С = 2 – Ф + 1 = 3 – Ф .
Если: 1) Ф = 1, то С = 2; 2) Ф = 2, то С = 1; 3) Ф = 3, то С = 0.
Таким образом, однофазная двухкомпонентная система является дивариантной (в некоторых пределах можно менять и значение температуры, и концентрации).
В двухфазной двухкомпонентной системе без изменения числа фаз можно изменить либо концентрацию, либо температуру (моновариантная система).Трехфазная двухкомпонентная система нонвариантна и нельзя менять ни концентрацию, ни температуру.
Сплавы – это твердофазные системы, содержащие не менее двух компонентов, как правило, металлов.
Сплавы обычно получают охлаждением смеси металлов, находящихся в расплавленном состоянии.
В расплавленном состоянии металлы могут:
а) смешиваться друг с другом в любых соотношениях (Ag – Au, Cu – Ni и др.) и при кристаллизации образуют твердые растворы с неограниченной растворимостью (однородные твердые смеси – сплавы). Так ведут себя металлы, кристаллизующиеся в однотипных решетках и имеющие близкие размеры атомов. Для твердых растворов характерна более высокая прочность, твердость, химическая стойкость по сравнению с образующими их металлами.
б) смешиваться друг с другом в неограниченном соотношении, но образуют твердые растворы с ограниченной растворимостью (Pb – Sn, Ag – Cu).
в) смешиваться друг с другом в неограниченных соотношениях, но нерастворимы в твердом состоянии и при охлаждении образуют гетерогенные системы (Sb – Pb, Bi – Cd).
г) не образовывать гомогенных систем как в жидком, так и в твердом состоянии, а при охлаждении выделяются практически в чистом виде (Au – Pb).
д) взаимодействовать друг с другом, образуя устойчивые или неустойчивые химические соединения (Au – Zn, Mg – Ca).