5. Химические соединения и характер их плавления

Химические соединения, как и простые чистые вещества, плавятся и кристаллизуются при одной и той же температуре, но характер их плавления может быть конгруэнтным и инконгруэнтным.

Если соединение плавится конгруэнтно (без разложения), то состав образующейся жидкости совпадает с составом плавящихся кристаллов. В этом случае на диаграмме состояния (рис. 4) химическому соединению А_mВ_n отвечает вертикаль , доходящая до линии ликвидуса.

Ветви ликвидуса (bC и Cd) и солидуса (mC и Cn) исходят из одной экстремальной точки "С", отвечающей температуре плавления (кристаллизации) соединения А_mВ_n.

Рис. 4. Участок диаграммы состояния системы с химическим соединением А_mВ_n плавящимся конгруэнтно:

Значит, если соединение плавится конгруэнтно, то на диаграмме состояния при температуре его плавления на линии ликвидуса отмечается отчетливо выраженный максимум (см. рис. 1,в и2). При наличии в системе подобных соединений, сложные диаграммы состояния можно разделить на части, в которых химические соединения будут выполнять роль чистых компонентов. Так, систему F-К (см, рис. 1 ,в) можно разделить на две частные F-М и М-К, а систему А-В (см. рис. 2) на части А-М и М-В.

Если соединения плавятся инконгруэнтно (с разложением), то

состав образующейся жидкости не совпадает с составом плавящихся кристаллов. В таком случае при температуре плавления происходит распад химического соединения на две фазы - жидкую и твердую, например кристаллы А и жидкость точки PC (см. рис.5)

(1)

Равновесию трех фаз на диаграмме состояния удовлетворяет горизонтальная линия. До нее и будет доходить вертикаль, отвечающая химическому соединению. А линия ликвидуса пройдет выше этой горизонтали (рис. 5) и на ней в точке, отвечающей составу химического соединения, нет максимума.

Рис. 5. Участок диаграммы состояния системы с химическим соединением А_mВ_n, плавящимся инконгруэнтно:

- линия химического соединения А_mВ_n; ар - ветвь ликвидуса; Т_с- температура плавления соединения А_mВ_n

6. Поля гетерогенности и правило отрезков

Рассмотрим простейшую диаграмму состояния системы, в которой металлы не обладают полиморфизмом и неограниченно растворимы друг в друге, как в жидкой, так и в твердой фазе(рис.6.).

В этом случае на диаграмме всего три поля, разделенных двумя наклонными линиями. Два из них — поля гомогенности или поля существования насыщенных растворов — жидкого (поле I) и твердого (поле II).В поле гетерогенности (III) устойчивы две фазы. Обе линии диаграммы — ликвидуса (верхняя) и солидуса (нижняя) — не имеют точек излома, так как в системе всего одна твердая фаза (твердый раствор).

Рис. 6. Диаграмма состояния системы, компоненты которой неограниченно растворимы как в жидкой, так и в твердой фазе

Любая точка внутри поля гетерогенности, например, точка “k”, указывает температуру и состав смеси двух фаз. При заданной температуре (Т_к) система безвариантная (С=0). Это означает, что независимо от соотношения в количествах равновесных фаз их составы определяются однозначно, им отвечают точки на линиях насыщения: точка "L" на линии ликвидуса указывает состав расплава, а точка "S" на линии солидуса — состав твердой фазы.

Согласно правилу отрезков (рычага), точка "к", отвечающая составу смеси двух фаз, делит отрезок LS на части, обратно пропорциональные их количествам.

Если составы на диаграмме состояния выражены массовыми процентами, то отрезок LК пропорционален массе твердой фазы ( ), а отрезок КS — массе жидкости ( ), и правило отрезков примет вид:

или (2).

Если же составы выражены мольными процентами, то отрезки LK и KS будут пропорциональны числу молей твердой ( ) и жидкой ( )

фаз соответственно, и правило отрезков запишется в виде:

или (3).

В двухфазной системе изменение температуры вызывает изменение составов фаз и, следовательно, соотношений в их количествах. Например, у системы, заданной точкой “k” (см. рис. 6), понизим температуру от Т_k до Т_с. При этом состав жидкости изменится от “L” до " L₁", а состав твердой фазы от “S” до “S₁“а также изменится длина отрезков, пропорциональных количествам жидкой и твердой фаз. В рассмотренном примере увеличивается доля кристаллов и уменьшается доля жидкости.

Правило отрезков применимо к гетерогенным системам и, следовательно, в пределах любого поля гетерогенности.