4. 5. Метод физико-химического анализа. Диаграммы состав – свойство

Метод физико-химического анализа применяется для изучения сложных многокомпонентных систем в тех случаях, когда трудно установить точные аналитические зависимости между различными параметрами состояния и свойствами системы. Начало развитию метода физико-химического анализа было положено в работах Д. И. Менделеева, Г. Г. Таммана, А. Л. Ле Шателье. Огромное значение для создания метода физико-химического анализа сыграли работы Н. С. Курнакова.

Физико-химический анализ – это метод, который посредством геометрического исследования диаграмм фактор равновесия - свойство устанавливает число, химическую природу и границы существования фаз в равновесных системах образованных одним, двумя или несколькими компонентами.

Свойства систем можно исследовать в зависимости от любого из факторов равновесия – температуры, давления, состава системы. Основным приемом физико-химического анализа является построение диаграмм состояния в виде диаграмм состав – свойство. Состав на диаграммах обычно откладывают по оси абсцисс, а свойство по оси ординат. Диаграммы состав – свойство, а также рассмотренные нами диаграммы состояния однокомпонентных систем являются частными видами более общего понятия диаграмма фактор равновесия – свойство.

Геометрический метод изучения превращений, происходящих в равновесных системах, основывается на двух основных положениях, сформулированных Курнаковым: принцип непрерывности и принцип соответствия.

Принцип непрерывности заключается в том, что при непрерывном изменении параметров, определяющих состояние системы (давление, температура, концентрация), свойство ее отдельных фаз изменяются тоже непрерывно. Свойства всей системы в целом изменяются непрерывно лишь до тех пор, пока не изменится число или характер составляющих систему фаз. При появлении новых или исчезновении существующих фаз свойства системы как целого изменяются скачком.

Принцип соответствия состоит в том, что каждой фазе или комплексу фаз на диаграмме отвечает определенный геометрический образ (точка, линия, поверхность и т.п.).

Для построения диаграмм состояния или диаграмм состав – свойство и последующего их анализа исследуют самые разнообразные физические свойства: плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность, электрическую проводимость, давление пара, температуры кипения, плавления и др.

Физико-химический анализ является наиболее общим методом исследования превращений веществ. Он широко применяется в химической технологии, технологии строительных материалов, минералогии, металлургии других областях.

4. 6. Двухкомпонентные системы

В отличие от однокомпонентной системы уравнение состояния двухкомпонентной системы должно связывать четыре параметра: давление, температуру, объем и состав. Для графического изображения состояния двухкомпонентной системы понадобилась бы четырехмерная фигура. Однако, даже трехмерные диаграммы P – V – состав, P – T – состав, V – T – состав используют довольно редко из-за трудности их воспроизведения.

Двухкомпонентные системы исследуют чаще всего в изобарных или изотермических условиях. Двухмерная диаграмма состояния системы при этом может быть построена на плоскости. Наибольшее практическое значение имеют диаграммы температура – состав при постоянном давлении.