- •ФАзовые равновесия и структурообразование Учебное пособие. Ч.1
- •Введение
- •1.1. Общие представления о фазовых пространствах. 1.2. Фазовые равновесия в гетерогенных физико-химических системах и их устойчивость. Принцип Ле Шателье. 1.3. Правило фаз Гиббса.
- •1.1. Общие представления о фазовых пространствах.
- •Фазовое пространство в механике. Фазовые портреты маятников различной природы
- •1.2. Фазовое пространство в термодинамике. Фазовые равновесия в гетерогенных физико-химических системах и их устойчивость. Принцип Ле Шателье.
- •1.3. Правило фаз Гиббса.
- •1.4. Контрольные вопросы
- •2.1. Цель, задачи и методологические принципы физико-химического анализа.
- •2.1. Цель, задачи и методологические принципы физико-химического анализа. 2.2. Фазовые равновесия в однокомпонентной системе. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса. Р-т-V диаграмма.
- •2.2. Фазовые равновесия в однокомпонентной системе. Уравнение Клаузиуса – Клапейрона. Р-т-V диаграмма.
- •2.3. Контрольные вопросы
- •3.1. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Зависимость энергии Гиббса от состава. 3.2.Твердые растворы: условия их образования и распада.
- •3.1. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Зависимость энергии Гиббса от состава.
- •3.2.Твердые растворы: условия их образования и распада.
- •3.3. Контрольные вопросы
- •4.1. Геометрические образы моно- и нонвариантных фазовых равновесий в двухкомпонентных системах. 4.2. Сложные диаграммы состояния бинарных систем.
- •4.1. Геометрические образы моно- и нонвариантных фазовых равновесий в двухкомпонентных системах
- •4.2. Сложные диаграммы состояния бинарных систем
- •4.3. Контрольные вопросы
- •Основные положения теории кристаллизации
- •5.1 Строение жидкости
- •Термодинамические условия кристаллизации.
- •5.3. Рост кристаллов
- •6. Формирование структуры сплавов в двойных металлических системах
- •6.1. Фазовое и структурное состояние сплавов
- •6.1.1. Основные термины и понятия
- •6.2 Строение и состав твердых фаз
- •7. Формирование структуры сплавов в двойных металлических системах
- •7.1 Диаграмма состояния с непрерывным рядом жидких и твердых растворов
- •7.2 Неравновесные условия кристаллизации твердых растворов
- •7.3 Диаграммы эвтектического типа
- •7.4 Диаграммы перитектического типа
- •7.5 Диаграмма монотектического типа
- •7.6 Диаграммы состояния систем с промежуточными фазами
- •7.6.1 Диаграммы состояния систем с конгруэнтно плавящимися промежуточными фазами
- •7.6.2 Диаграммы состояния систем с инконгруэнтно плавящимися промежуточными фазами
- •Список рекомендуемой литературы
2.1. Цель, задачи и методологические принципы физико-химического анализа. 2.2. Фазовые равновесия в однокомпонентной системе. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса. Р-т-V диаграмма.
2.1. Цель, задачи и методологические принципы физико-химического анализа.
Фазовое равновесие является состоянием термодинамического равновесия в гетерогенной физико-химической системе, к которому самопроизвольно эволюционируют все другие состояния. Поэтому теоретической основой представлений о фазовых равновесиях является учение о термодинамическом равновесии в термодинамике равновесных процессов.
Изучение фазовых равновесий в физико-химических системах осуществляется с помощью физико-химического анализа. По определению его создателя, выдающегося российского ученого, академика Николая Семеновича Курнакова (1860 - 1941), физико-химический анализ - отдел общей и физической химии, цель которого состоит в поиске закономерностей в соотношениях между составом и свойствами равновесных систем, а результатом которого является построение графического образа этих закономерностей – фазовых диаграмм или диаграмм "состав—свойство".
Н.С. Курнаковым сформулированы методологические принципы физико-химического анализа: принцип соответствия и принцип непрерывности [1].
Принцип соответствия формулируется так: каждому комплексу сосуществующих фаз в физико-химической системе отвечает вполне определенный геометрический образ на диаграмме состояния.
Принцип непрерывности. Согласно этому принципу при непрерывном изменении параметров, определяющих состояние системы, свойства отдельных фаз изменяются непрерывно. Так, при непрерывном изменении состава твердых или жидких растворов их свойства (например, удельная электропроводность, вязкость, температура плавления и др.) изменяются непрерывно.
В семидесятых годах ХХ века профессором Я.Г. Горощенко [2] был сформулирован третий принцип физико-химического анализа – принцип совместимости: "Любой набор компонентов, независимо от их числа и физико-химических свойств, может составить физико-химическую систему". Одним из следствий принципа совместимости является утверждение о том, что фазовые диаграммы как геометрические образы фазового пространства могут быть эффективным средством исследования закономерностей фазовых состояний в системах любой природы.
Для определения характера взаимодействия веществ в физико-химическом анализе проводятся исследования различных физических свойств, чувствительных к изменению состава системы. К таким свойствам относятся: температура плавления, теплоемкость, теплоты образования, электропроводность, э. д. с; показатель преломления, спектры поглощения, плотность, коэффициент теплового расширения, твердость, вязкость, поверхностное натяжение, магнитная восприимчивость и т. п.
Физико-химический анализ позволяет установить наличие полиморфных превращений при исследовании однокомпонентных, двойных (бинарных) и более сложных физико-химических систем, природу образующихся фаз и области их существования в зависимости от температуры, состава и давления, а также проанализировать образование метастабильных фаз, устойчивых лишь в ограниченной области температур, давлений и соотношений компонентов.
Результатом физико-химического анализа является фазовая диаграмма состояния - графический образ всех достижимых состояний в физико-химической системе. Фазовая диаграмма является той теоретической основой, без которой невозможно создание полноценной технологии получения вещества с наперед заданными свойствами.