Diagramy fazowe graficzna reprezentacja warunków równowagi

Podobne dokumenty
STRUKTURA STOPÓW UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

Analiza termiczna Krzywe stygnięcia

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

Termodynamika materiałów

Równowaga. równowaga metastabilna (niepełna) równowaga niestabilna (nietrwała) równowaga stabilna (pełna) brak równowagi rozpraszanie energii

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

Wykresy równowagi fazowej. s=0

Klasyfikacja przemian fazowych

Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

STRUKTURA STOPÓW CHARAKTERYSTYKA FAZ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wykład 8 Wykresy fazowe część 1

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

BUDOWA STOPÓW METALI

Prowadzący. telefon PK: Pokój 210A (Katedra Biotechnologii i Chemii Fizycznej C-5)

Ćwiczenie VII: RÓWNOWAGA W UKŁADZIE DWUSKŁADNIKOWYM CIAŁO STAŁE CIECZ

Ćwiczenie 7. Układ dwuskładnikowy równowaga ciało stałe-ciecz.

Efekty strukturalne przemian fazowych Marek Faryna

Laboratorium z chemii fizycznej. Zakres zagadnień na kolokwia

Budowa stopów. (układy równowagi fazowej)

Chemia fizyczna. Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

Warunki izochoryczno-izotermiczne

Temat 2. Równowaga fazowa i diagramy fazowe

Wykład 8 Wykresy fazowe część 2

Wykład 8B. Układy o ograniczonej mieszalności

WYKŁAD 7. Diagramy fazowe Dwuskładnikowe układy doskonałe

Kinetyka zarodkowania

Wykład 6. Klasyfikacja przemian fazowych

powierzchnia rozdziału - dwie fazy ciekłe - jedna faza gazowa - dwa składniki

Kalorymetria. 1. I zasada termodynamiki, Prawo Hessa, Prawo Kirchhoffa (graficzna interpretacja), ciepło właściwe, termodynamiczne funkcje stanu.

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów

Prężność pary nad roztworem

Termodynamika i właściwości fizyczne stopów - zastosowanie w przemyśle

Zadania treningowe na kolokwium

Podstawowe pojęcia 1

Wykład 3. Fizykochemia biopolimerów- wykład 3. Anna Ptaszek. 30 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Równowaga fazowa. Przykładowo: 1. H 2 O (c) w mieszaninie H 2 O (c) + H 2 O (s) 2. mieszanina opiłek żelaza i sproszkowanej siarki

Termodynamika równowag fazowych w układach dwuskładnikowych

Szkła specjalne Przejście szkliste i jego termodynamika Wykład 5. Ryszard J. Barczyński, 2017 Materiały edukacyjne do użytku wewnętrznego

Wykład 1-4. Anna Ptaszek. 6 września Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 1-4.

Wykład 3. Diagramy fazowe P-v-T dla substancji czystych w trzech stanach. skupienia. skupienia

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Wykład 4. Przypomnienie z poprzedniego wykładu

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Czym się różni ciecz od ciała stałego?

prof. dr hab. Małgorzata Jóźwiak

I. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest wykonanie analizy termicznej stopu metali oraz wyznaczenie składu eutektyku i jego temperatury krzepnięcia.

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

Fazy i ich przemiany

Fazy i ich przemiany

Podstawy termodynamiki

Para pozostająca w równowadze z roztworem jest bogatsza w ten składnik, którego dodanie do roztworu zwiększa sumaryczną prężność pary nad nim.

Termodynamiczny opis przejść fazowych pierwszego rodzaju

Właściwości koligatywne

RÓWNOWAGI W UKŁADACH WIELOFAZOWYCH

Fizyka statystyczna Fenomenologia przejść fazowych. P. F. Góra

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA w elektronice

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

Fazy i ich przemiany

Wykresy równowagi układu żelazo-węgiel. Stabilny żelazo grafit Metastabilny żelazo cementyt

Zasady zapisywania wzorów krzemianów

Termodynamiczne warunki krystalizacji

BADANIE RÓWNOWAG FAZOWYCH W UKŁADACH TRZECH CIECZY

Ćwiczenie 3: Wpływ temperatury na równowagę w układzie ciecz-ciecz

Wykład 10 Równowaga chemiczna

Wykład 8. Równowaga fazowa Roztwory rzeczywiste

Właściwości defektów punktowych w stopach Fe-Cr-Ni z pierwszych zasad

6. UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ STOPÓW DWUSKŁADNIKOWYCH. Opracował: dr inż. Janusz Krawczyk

Proste struktury krystaliczne

KRYSTALIZACJA METALI I STOPÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Czy równowaga jest procesem korzystnym? dr hab. prof. nadzw. Małgorzata Jóźwiak

TERMODYNAMIKA I TERMOCHEMIA

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

MATERIAŁ UZUPEŁNIAJĄCY DO WYKŁADU - MATERIAŁOZNAWSTWO WBiIŚ, sem. 02

Stany równowagi w układach homo i heterofazowych

ZAMRAŻANIE PODSTAWY CZ.1

Trójkąt Gibbsa Równowagi układów z ograniczoną mieszalnością składników Prawo podziału Nernsta

Roztwory. Homogeniczne jednorodne (jedno-fazowe) mieszaniny dwóch lub więcej składników.

I piętro p. 131 A, 138

Krystalizacja. Zarodkowanie

WŁASNOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY

Rozszczepienie poziomów atomowych

Roztwory rzeczywiste (1)

UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW

Tematy i zakres treści z chemii - zakres rozszerzony, dla klas 2 LO2 i 3 TZA/archt. kraj.

Termodynamika. Energia wewnętrzna ciał

Zastosowanie programu DICTRA do symulacji numerycznej przemian fazowych w stopach technicznych kontrolowanych procesem dyfuzji" Roman Kuziak

Temperatura, ciepło, oraz elementy kinetycznej teorii gazów

Podstawowe definicje

Roztwory rzeczywiste (1)

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

Transkrypt:

Diagramy fazowe graficzna reprezentacja warunków równowagi

Faza jednorodna część układu, oddzielona od innych części granicami faz, na których zachodzi skokowa zmiana pewnych własności fizycznych.

B 0 A 0 A (1-x) G(x) A x stężenie B B B (x)

energia swobodna A = A B = B A x x B stężenie B

Energia swobodna G(T) T 2 H TS C pdt T G T T1 T 2 T1 C T p dt H i TS są rosnącymi funkcjami temperatury

Zależności G(T), H(T) i TS(T) dla fazy krystalicznej i ciekłej miedzi (T m =1357.77 K) H m entalpia topnienia, S m entropia topnienia

Dla układu dwuskładnikowego G=G(T,x) T1 H TS C pdt T G T T1 T 2 T1 C T p dt G x N z xx Tk N 1 xln1 x A 1 B A x ln x

Modelowanie układów rzeczywistych Zależność od temperatury C p b 1 b T 2 b T 3 2 b 4 T 4 G b5 b T b T lnt 6 7 b T 8 2 b T 9 3 b 10 T 1 b i stałe empiryczne Zależność do składu Wielomiany Redlicha-Kistera G x A x B j i0 L { i} AB x A x B i

Diagram fazowy diagram obrazujący warunki równowagi termodynamiacznej pomiędzy różnymi fazami. układ jednoskładnikowy diagram p-t układ dwuskładnikowy diagram T-x A = A B = B Diagram fazowy dla układu dwuskładnikwego to graficzna reprezentacja rozwiązań tych równań

Przykładowy diagram fazowy Faza ciekła ciekły roztwór Ge-Si Mieszanina fazy stałej i ciekłej Faza stała stały roztwór Ge-Si

Reguła faz Gibbsa P+F=C+2 P- liczba faz pozostających w równowadze F- liczba stopni swobody (niezależnych zmiennych: T, p, N) C- liczba składników

Przykład: H 2 O C=1 F+P = 3 P=3 F=0 punkt potrójny wody (T=0.01 C i p=611.73 Pa) P=2 F=1 np. zależność temperatury wrzenia od ciśnienia P=1 F=2 np. T i p pary wodnej mogą być zmieniane niezależnie (pv=nrt)

W układzie jednoskładnikowym (C=1) jest tylko jeden stopień swobody (F=1) gdy współistnieją dwie fazy (P=2) W układzie jednoskładnikowym (C=1) współistnienie trzech faz (P=3) jest całkowicie zdeterminowane przez parametry termodynamiczne (F=0)

W układzie dwuskładnikowym (C=2) mogą występować cztery fazy w równowadze (P=4) Gdy ustalone jest ciśnienie (P+F=C+1) możliwe jest współistnienie trzech faz (P=3) dla ustalonej temperatury i składu (punkt eutektyczny) Dwie fazy w równowadze F=1 Jedna faza F=2

Jakie fazy mogą występować w układzie wieloskładnikowym? Roztwory: uporządkowane i nieuporządkowane (np. w Cu-Au) podstawieniowe i międzywęzłowe (np. C w międzywęźlach sieci Fe) ciekłe lub stałe Fazy pośrednie: mają inną strukturę niż składniki, tworzą się dla określonych proporcji składników (CuZn) Związki: silne wiązanie, ściśle określona stechiometria (np. GaAs, Fe 3 C,), odrębna struktura krystaliczna

związek faza pośrednia

przykład: roztwór Au w Cu przykład: roztwór C w Fe Związek GaAs (struktura blendy cynkwej)

Opór elektryczny roztworu Cu-Au gwałtownie chłodzony wygrzewany (roztwory uporządkowane Cu 3 Au i CuAu)

Reguły Hume-Rothery ego Aby dwa składniki mogły utworzyć stały podstawieniowy muszą wykazywać: 1. Podobne promienie atomowe (różnica <15%) 2. Tą samą strukturę krystaliczną 3. Zbliżoną elektroujemność 4. Zbliżoną walencyjność (ilość elektronów przewodnictwa) Aby dwa składniki mogły utworzyć roztwór międzywęzłowy: 1. Atomy substancji rozpuszczonej muszą być mniejsze niż międzywęźla w strukturze rozpuszczalnika 2. Składniki muszą mieć zbliżoną elektroujemność Tworzenie roztworów stałych jest z reguły ograniczone!

Pełna (lub prawie pełna) mieszalność Ograniczona mieszalność

Związki międzymetaliczne (tzw. związki elektronowe lub fazy Hume- Rothery ego) powstają przy określonych stosunkach liczby elektronów walencyjnych do liczby atomów (e/a). np. CuZn bcc w układzie Cu-Zn Cu: 1 elektron walencyjny ( 4s 1 ) Zn: 2 elektrony walencyjne ( 4s 2 ) e/a=(1+2)/2=1.5

faza (fcc)- do e/a=1.35 faza (bcc)- do e/a=1.5 faza (struktura ClCs)- do e/a=1.62 faza (hcp)- do e/a=1.75 Fazy Hume-Rothery ego

Gdy sfera Fermiego dotyka granicy strefy Brillouina energia układu osiąga minimum dodawanie kolejnych elektronów (w rogach SB lub powyżej przerwy energetycznej) wymaga wzrostu energii układu

energia swobodna Konstrukcja diagramu fazowego: - wyznaczenie zależności G(T, x) - wyznaczenie warunków równowagi poszczególnych faz metodą wspólnej stycznej: A = A, B = B A = A A x stężenie B x B = B B

Układ z całkowitą mieszalnością w stanie stałym i ciekłym

Układ z punktem eutektycznym (P=3)

Inne typy punktów inwariantnych w układach dwuskładnikowych

Roztwór doskonały (H mix =0 ) Mieszalność w pełnym zakresie stężeń w fazie stałej oraz ciekłej

H mix <0; H mix kryst < H mix ciecz W niskich temperaturach pojawia się faza. Występuje maksimum temperatury topnienia (silne oddziaływania A-B)

H mix <<0; H mix kryst < H mix ciecz Dwia roztwory stałe i faza pośrednia

H mix > 0; H mix kryst > H mix ciecz W niskich temperaturach następuje separacja fazy stałej (niemieszalność)

H mix >> 0; H mix kryst > H mix ciecz Krystalizacja rozseparowanej fazy stałej poniżej temperatury eutektycznej

tempertura ciecz ciecz+ ciecz+ likwidus solidus solwus + A punkt eutektyczny (punkt inwariantny) % at. B B

Morfologia stopów eutektycznych eutektyk Al-Cu eutektyk Pb-Sn

Zastosowania eutektyków technologia półprzewodnikowa (Au-Si) materiały lutownicze (Pb-Sn)

Zastosowania eutektyków