procese fizico-chimice care au loc la diferite transformări sunt indisolubil legate de doctrina sistemelor de echilibru eterogene. chimia fizică este baza de materiale, în general, și industrie, în special. Pentru a identifica modalități de a produce materiale noi, precum și modalități de îmbunătățire a celor existente, trebuie să stăpânească secțiunea de Chimie Fizică - echilibrele fază. Acest obiectiv este urmărit și beneficiile propuse.
1. Partea teoretică 4
1.1. echilibre de faza in sisteme eterogene 4
1.2. Faza regula 9
1.3. Equilibrium în sisteme binare 11
2. Linii directoare pentru punerea în aplicare a acordului și a sarcinilor grafice 18 nr.2
2.1. Sarcina Descriere 18
Bibliografie 21
ANEXA 22 ianuarie
ANEXA 2 54
Cerințe pentru sarcina de înregistrare 54
ANEXA 3 55
foaie de acoperire de proiectare Exemplu 55
1. Partea teoretică. 4
1.1. echilibre de faza in sisteme eterogene 4
1.2. Faza regula 9
1.3. Echilibrul în sisteme multicomponente 11
2. Linii directoare pentru punerea în aplicare a acordului și a sarcinilor grafice 17 nr.2
ANEXA 21 ianuarie
ANEXA 2 54
ANEXA 3 55
1. Partea teoretică
1.1. echilibre de faza in sisteme eterogene
Luați în considerare echilibrul în sisteme eterogene. Numitul sistem eterogen care cuprinde două sau mai multe faze. Numai sistemele condensate sunt eterogene. Sistemele de gaze care constau din amestecuri de gaze diferite nu sunt stratificat. Sistemul condensată este format din cel puțin una din faza condensată și vapori de deasupra, adică aceasta este de două faze. Sistemul poate conține substanțe solide și lichide, astfel încât limita la numărul de faze în sisteme, în general, nu. În orice sistem eterogen în echilibru. Toate fazele trebuie să fie în echilibru unul cu celălalt. Astfel, sistemul eterogen este în echilibru numai dacă:
- în cadrul fiecărui echilibru de fază este stabilită;
- există un echilibru între fazele individuale.
Echilibrul care se stabilește între fazele proceselor fizice la trecerea substanțelor de la o etapă la alta se numește faza de echilibru.
Sarcina noastră este de a găsi o lege cantitativă care reglementează echilibrul între faze, atunci când modificarea setărilor de sistem.
Procese în care noile echilibre de faza sunt stabilite în sisteme - o fază de tranziție (transformare polimorfă) solide de topire sau solidificare, fierbere (sublimare) sau de condensare, o tranziție în stare supracritică, în cele din urmă de dizolvare și precipitare.
Prezentăm câteva definiții din teoria echilibrului de fază.
Faza este parte a sistemului, limitate suprafețe de partiție fizic atunci când trec prin proprietățile de sistem, care variază în trepte. Notăm numărul de faze - F.
Substanțele care alcătuiesc sistemul se numesc componente sau sistem de constituenți -m.
Numărul componentelor independente (k) este numărul de substanțe din sistem, suficient pentru formarea tuturor fazelor sistemului. Pentru a calcula numărul de componente independente în sistem, este necesar din numărul tuturor componentelor (părți constitutive) scade numărul de ecuații (r), legarea lor, t.ek = m-r.
Este cunoscut faptul că pentru o descriere completă a sistemului este necesar pentru a seta nparametrov. In cele mai multe cazuri sistemul este determinat doar doi parametri: intense de temperatură și presiune poetomun = 2.
Numărul de grade de libertate (C) a sistemului - este numărul de parametri termodinamici independente, care pot fi schimbate în mod arbitrar, în anumite limite, fără a schimba numărul și natura fazelor în sistem.
În funcție de numărul de grade de libertate a sistemului este împărțit în bezvariantnye (nonvariant - 0 grade de libertate), univariant (1 grad de libertate), bivariată (două grade de libertate), etc.
Să considerăm, de exemplu, procesele care au loc în agregate metalurgice (de furnal, convertizor, furnal electric, etc.), care trebuie să fie înțelese în definițiile de mai sus ale sistemelor actuale.
În procesele metalurgice, corpurile de mult diferite de obicei, nu sunt implicate. De exemplu, într-un convertor reacții pro-chimice trece între elemente, sol-rennymi în oțelul topit și oxigenul suflat prin ea. oțel lichid a reacționat cu com. În perioada inițială de topire împreună cu topit oțel-TION și prezența zgurei și solide - tingsten var nedizolvat. oțel terminat în stare Tver-house variază, de asemenea. Dacă oțel este preparat secțiune subțire bine lustruit, dacă luăm în considerare reniu-se poate observa la microscop, împreună cu ML-omogenitate a metalului și diversele incluziuni, în care schiesya formă și culoare, și au limite clare. Aceste incluziuni sunt compuși chimici - oxizi, carburi, sulfuri, nitruri.
La temperaturi de tratament termic al oțelului în curs complexe fizice și chimice conv-scheniya implicând acești compuși și elementele dizolvate în metal. Un astfel de amestec de corpuri eterogene, interacționând noi numim sisteme metalurgice. Sistemele complexe pot fi caracterizate printr-un număr de diverse organisme, Koto-secară sunt prezente simultan la echilibru. Imediat se pune întrebarea dacă în aceste condiții să coexiste orice număr de astfel de organisme sau este limitat? Pentru a răspunde la această întrebare, vom introduce mai întâi câteva concepte noi.
Plutind pe bucăți de gheață de apă, cât de multe dintre ele există o primă fază, apa lichidă - un al doilea, și vapori de apă - a treia fază. S-ar crede că noțiunea de fază coincide cu cea a stării de agregare - solide, lichide și gaze. Cu toate acestea, conceptul mai larg de faza. Într-unul și același stat agregat pot exista diferite faze. Astfel, atunci când bine-cunoscut de expansiune-nyaka există simultan două faze solide - oxid de calciu și carbonat de calciu. Adesea una și aceeași substanță în funcție de temperatură și presiune poate exista în diferite stări cristaline sau modificări. De exemplu, în condiții normale de carbon este sub formă de grafit, și la presiuni ridicate de modificare mai stabil este diamant. Fier de sub 910 ° C, există sub formă de a-cristale, cu un grilaj corp de fier, și peste această temperatură este convertită în mai dense Cree-cristale de γ-fier cu o rețea cubică cu fețe centrate. Silicea la temperaturi ridicate (aproximativ 1500 ° C) este sub formă de cristobalit, în timp ce la inferior - ca una dintre celelalte două modificări - tridimit și cuarț. Prin urmare, în cazul în care un amestec de substanțe sunt prezente doar în stare solidă, aceasta nu înseamnă că ele constituie o singură fază. -Sti în funcție de compoziția amestecului și condițiile într-un astfel de amestec poate fi de două și un număr mai mare de faze.
Diferite lichide sunt adesea bine amestecate între ele și formează o singură fază. Cu toate acestea întâlni cazuri Xia în care lichidul nu este amestecat complet sau practic nu se amestecă și formează o singură fază personală. Exemplele includ apa, mercurul, oțelul topit și zgura topită. Numai gazele sunt amestecate la presiuni normale în toate privințele și întotdeauna asupra formează o singură fază. În funcție de temperatură și dând-ment numărul de faze în amestec poate varia. Desfășurându-se în același timp, modificările pe care le numește transformări de fază niyami sau tranziții. Caracteristica lor caracteristică este discontinuitatea. Astfel, încălzirea treptată a fierului solid rezultat sub strict definit ordine peratura (1539 ° C), la o dată-l transforma în stare lichidă. În amestecuri care conțin mai multe ve societăți, tranziții de fază depinde de compoziția.
Luați în considerare ceea ce este posibil conversie soluție carbon în fier lichid. În timp ce această soluție nu nasy-Shchen, reprezintă o singură fază. După răcire la o anumită temperatură a soluției va începe selectarea noilor faze. Cât de multe dintre aceste faze pot iesi in evidenta? În general, în timp ce răcirea fierului și carbon pot forma cel puțin o re nouă fază de cuplu: fier pur solid și soluție solidă de carbon din fier, grafit și carbon compus chimic cu fier - carbură de fier (cementita). Astfel, luate inițial inclusiv soluție de carbon tip în fier lichid aparent simultan mo-Jette prezente cinci faze. Cu toate acestea, experiența arată că pentru o anumită temperatură a topiturii de fier-carbon poate distinge cel mult două noi faze, de exemplu, o soluție solidă de carbon în fier și tsemen-γ-tit. Atunci când acest lucru nu mai este posibilă alocarea de grafit și de fier solid granulat-chi.
Ce determină numărul de faze, care poate fi o singură temporar există în echilibru? Pentru a răspunde la această întrebare trebuie să ne aflăm ce cauza sau, după cum spun fizicienii, parametrii afectează echilibrul dintre faze fac. Evident, aceasta este în principal de temperatura și presiune - la un anumit-evap ry solid devine lichid la un anumit punct de fierbere vapori-lichid sub presiune se produce stey. Printre acești parametri sunt de asemenea concen-trarea de substanțe în diferite faze. Din teoria soluțiilor cunoscute, că creșterea concentrației de reductibil solutului-dit pentru a coborî punctul de îngheț al soluției și pentru a modifica presiunea vaporilor de solvenți. Prin creșterea con-centrarea unui solut se poate realiza nasy-scheniya, prin care standul va începe o nouă fază. Cu toate acestea, gama op-definiteness a concentrațiilor și temperaturilor, acești parametri pot fi schimbate în mod arbitrar, astfel încât soluția guvernamentală faze unicității rămâne nesaturate. Ceea ce, în general, numărul de parametri din sistem, care poate fi modificat în mod arbitrar, fără a schimba-l în numărul de faze prezente? Să considerăm, de exemplu, apa din vasul de sub pistonul, care este o anumită presiune.
Evident, dacă presiunea exterioară este mai mare decât presiunea de vapori, nu se formează faza de vapori. Dacă temperaturile experiență peste punctul de topire a gheții la această presiune, acesta poate fi format și faza solidă. Astfel, faza unică într-un anumit interval de temperaturi și presiuni este apa lichidă.
Prin urmare, există doi parametri (temperatură și presiune) care parametrii variază valori pot fi modificate în mod arbitrar fără faze noi. Dacă temperatura apei este adusă la o valoare la care presiunea vaporilor devine egală cu presiunea aplicată, apoi începe să fiarbă, faza de vapori este formată și devine un sistem cu două faze. Într-un astfel de sistem un singur pas posibil pentru a schimba parametrii de arbitrar - fie de temperatură sau presiune, dar nu ambele simultan.
Existența simultană a celor două faze la echilibru - apă și abur trebuie să îndeplinească relația dintre parametrii deoarece fiecare corespunde unei temperaturi definit presiunea vaporilor. De aceea th pentru un sistem de două faze care constă dintr-o singură substanță, este suficient pentru a specifica un parametru (py-evap sau presiune) pentru a determina complet co-picioare.
Cum se schimbă numărul de variabile aleatoare para-metri, dacă este altul decât vapori de apă prezentă în sistem și gheață? În acest caz, în mod evident, presiunea vaporilor peste apă și gheață trebuie să fie aceeași și egală cu presiunea externă (dacă, de exemplu, presiunea vaporilor de apă ar fi mai mare decât peste gheață, apoi toată apa va fi evaporată și transformat în gheață). presiunea aburului în funcție de temperatura apei și gheață sunt exprimate în două curbe diferite. Punctul de intersecție al acestor curbe indică egalitatea presiunii de vapori de apă și gheață. Acest punct corespunde, de asemenea, la o anumită temperatură.
Prin urmare, într-o astfel de trei faze pro-conștient că nu se poate schimba sistemul de un singur parametru, care nu sa schimbat numărul de faze. Cu alte cuvinte, există o absență a oricăror modificări ale parametrilor liberi. Numărul de parametri care pot fi schimbate fără a schimba numărul de faze într-un sistem de echilibru am numit numărul de grade de libertate. Așa cum sa discutat în B apă tem - numărul de gheață de grade de libertate egal cu zero, dar - abur. Este important ca această stare a sistemului este determinată automat are sarcina de a Facultății de prezența simultană a celor trei faze. Ambii parametri Dl - temperatură și presiune - poate lua doar o singură valoare.
Să comparăm acest sistem celelalte trei faze sistem de mu, CaCO3 CaO și de CO2. Așa cum este indicat la-reniu considerăm echilibrul chimic, în acest sistem de orice valoare corespunde o anumită temperatură pentru a preveni dioxid de carbon Leniye. Prin urmare, cele trei faze pot coexista într-un anumit interval de temperatură, adică. E. Numărul de grade de libertate nu este zero și unitate.
Evident, această diferență în numărul de grade de libertate în cele două sisteme comparate depinde de diferența numărului de substanțe constitutive. Din punctul de vedere al unui chimist, fiecare sistem este caracterizat de numărul materialelor sale constitutive.
Cu toate acestea, în cazul în care în sistem există chimic rea-TION, apoi pentru a caracteriza este necesar să se cunoască, nu toate aceste materiale prezente. În acest caz, cantitățile între rânduri și concentrațiile diferitelor substanțe definite de stabili în funcție legea acțiunii de masă. Prin urmare, studiul echilibrului între faze este suficientă pentru a cunoaște doar numărul de substanțe cu care pot fi exprimate cantitativ compoziția feminină faze a fiecărui sistem separat. Acesta este numărul am numit numărul de componente independente (k). Acesta poate fi găsit, în cazul în care numărul celor prezenți în sistemul ve societăți deduce numărul de posibile reacții chimice între ele.
De exemplu, raportul dintre carbonat de calciu, oxid de calciu și bioxid de carbon la echilibru este determinat prin reacția
și, prin urmare, numărul de componente independente este egal cu doi (3-1).
Compoziția fiecăreia dintre cele trei faze din amestec pot fi caracterizate prin specificarea cantității lor în doar doi compuși cum ar fi CaO și CO2.
Astfel, există trei caracteristici care determină echilibrul între faze: numărul de faze (F), numărul de grade de libertate (C) și numărul de componente independente ING de-(k).
Gibbs aparține unei reguli de fază importantă, care stabilește o legătură între stick-uri cu trei caractere.