7.2. Двокомпонентні системи. Поняття про фізико-хімічний аналіз

7.2. Двокомпонентні системи. Поняття про фізико-хімічний аналіз

                Властивості двокомпонентних систем можна описати трьома незалежними змінними, наприклад, Р, Т і Х1. Мольна частка іншого компонента Х2 залежна, оскільки Х1 + Х2 = 1. Отже, стан двокомпонентної системи графічно зображується у тривимірному просторі. Згідно з правилом фаз у двокомпонентній системі можуть одно- часно міститися не більше чотирьох рівноважних фаз. У такій системі буде С = 2 + 2 – 4 = 0 ступенів вільності. Це інваріантна система, вона зображується точкою у просторі чотирьох вимірів, що називається четверною точкою.

                Якщо змінити одну зі змінних, то зникне одна з фаз, і отримаємо трифазну систему з одним ступенем вільності. На діаграмі вона зображується лінією. Таких ліній з кожною почетверною точкою сполучено чотири, оскільки зникнути може будь-яка з чотирьох фаз.

                Якщо у трифазній моноваріантній системі зміни довільно дві змінні, то зникне ще одна фаза і виникне двофазна система, що має С = 2 + 2 – 2 = 2 ступенів вільності. Це диваріантна система, що на діаграмі стану зображується поверхнею. Таких поверхонь, що сполучені з даною почетвереною точкою, може бути шість.

                Якщо у будь-якій двофазній системі змінювати три змінні, то зникне ще одна фаза і система набуде однофазного стану. Вона буде мати С = 2 + 2 –1 = 3 ступені вільності, тобто буде триваріантною. З четверною точкою будуть сполучені чотири такі системи.

                Просторове розміщення всіх цих можливих систем на тримірній діаграмі стану подати майже неможливо. На практиці , як правило, розглядаються більш прості випадки, коли Р або Т постійні, або коли тиск відіграє малу роль, як, наприклад, у рідких і твердих фазах, тобто у конденсованих системах. У цих випадках правило фаз має вигляд С = К – Ф + 1. Тоді залишаться дві незалежні перемінні (наприклад, Т і Х) і діаграму стану у цьому випадку можна зобразити на площині.

                Вивчення двокомпонентних систем, що утворюють декілька фаз, здійснюється за допомогою фізико-хімічного аналізу. Фізико-хімічний аналіз базується на вивченні за- лежності між фізичними властивостями хімічної рівноважної системи і чинниками, що визначають її рівновагу. За вивчаємі властивості можуть бути вибрані: теплові, електричні, оптичні, механічні та ін. Залежності, знайдені експериментальним шляхом, зображують у вигляді  у вигляді діаграми стану склад - властивість. Властивість, як правило, відкладають на осі ординат, а склад  - на осі абсцис. При цьому зручно використовувати дві осі ординат.

        Самим розповсюдженим виглядом фізико-хімічного аналізу є термічний аналіз, що є методом визначення температури, при якій у рівноважній системі змінюється кількість фаз. На рис. 7.3 наведений принцип побудови діаграми      стану      за  допомогою термічного аналізу. На рис. 7.3а подані криві охолодження розплавів або розчи- нів різного складу. За кривими охолодження побудована діаграма стану двокомпонентної системи (рис. 7.3б).