Велика Радянська Енциклопедія

Потрійні системи

   
 

Потрійні системи , трикомпонентні системи, фізико-хімічні системи, що складаються з трьох компонентів. Прикладами практично важливих Т. с. є металеві сплави , а також сплави солей, оксидів (шлаки), сульфідів (штейни), системи з води і 2 солей із загальним іоном. Згідно фаз правилу , варіантність (число термодинамічних ступенів свободи) конденсованих Т. с. (Що не містять газоподібної фази) при постійному тиску визначається виразом u = 4 - j, де j - число фаз системи. Щоб отримати уявлення про характер взаємодії компонентів і практичному застосуванні Т. с., Необхідно знати їх діаграми стану и діаграми склад - властивість .

Стан Т. с. однозначно визначається (при постійному тиску) 3 змінними: температурою Т і концентраціями 2 компонентів (концентрація третього компонента визначається з умови х + y + z = 100, де х, у, z - концентрації компонентів). Концентрації зазвичай виражають у відсотках (атомних, молекулярних, за масою). Отже, для зображення діаграм стану Т. с. необхідно тривимірний простір: два виміри служать, щоб показати зміни складу, а третє показує зміну температури фазових перетворень (або властивостей). Температуру (або величину властивості) відкладають по вертикальній осі; для вказівки складу Т. с. зазвичай застосовують рівносторонній трикутник, який називається концентраційним ( рис. 1 ). Його вершини А, В, С відповідають чистим компонентам А, В, С. Кожна сторона трикутника розділена на 100 рівних частин. Склади подвійних систем А - В, В - С і А - З зображують точками на сторонах AB , BC и AC , а склади Т. с. - Точками F всередині трикутника ABC . Способи визначення складу в точці F засновані на геометричних властивостях рівносторонніх трикутників: наприклад прямі Fa , Fb и Fc , паралельні відповідно сторонам BC , AC и AB , відсікають відрізки Ca , Ab и Bc , сума яких дорівнює стороні трикутника. Точці F на рис. 1 відповідає х% А, у% В и z% С.

Тривимірні діаграми стану Т. с. представляють у вигляді тригранних призм, обмежених зверху складними поверхнями ликвидуса, які є геометричним місцем точок, кожна з яких відповідає температурі початку кристалізації. На рис. 2 показаний найпростіший приклад діаграми стану Т. с. А - В - С, компоненти якої не утворюють між собою хімічних сполук, необмежено взаємно розчиняються у рідкому стані і не здатні до поліморфним перетворенням. Подвійні системи А - В, В - С і А - С з евтектичними точками e1, e2 і e 3 зображують на гранях призми. Ліквідус складається з поверхонь Ae 1 Ee 3 (початок кристалізації А), Be 1 Ee 2 (початок кристалізації В) і Ce 2 Ee 3 (початок кристалізації С). Площина PQR , через точку потрійний евтектики Е паралельно підставі призми, є солидусом Т. с. (Геометричним місцем точок, відповідних температур кінця кристалізації).

У точці Е число співіснуючих фаз, максимальне для Т. с., Дорівнює 4 (рідина і кристали А, В, С), а їх рівновагу нонваріантно (температура кристалізації і склад фаз постійні).

Користуватися об'ємним зображенням діаграм стану Т. с. практично дуже незручно, тому застосовують ортогональні проекції і перетину: горизонтальні - ізотермічні та вертикальні - політермічні (див. Фізико-хімічний аналіз ). На рис. 3 показана проекція діаграми рис. 2 на площину трикутника A'B'C '. На ній 3 поверхні ліквідусу зображуються 3 полями кристалізації A'e '1 E'e' 3, B'e '1 E'e '2 C'e' 2 E'e '3, проекція солідуса, очевидно, збігається з трикутником A'B'C '. Стрілки вказують напрямки зниження температур. Розглянемо послідовність виділення твердих фаз в поле A'e '1 E'e' 3. Якщо точка F лежить на прямій A'E ', то з рідкої фази при охолодженні випадають кристали А, причому відношення концентрацій В і С залишається постійним. В результаті, коли склад Т. с. досягне точки E ', починається спільна кристалізація компонентів А, В і С при постійній температурі (так як при 4 фазах і постійному тиску Т. с. нонваріантна). Якщо точка F1 лежить в області A'e '1 E' ; то спочатку випадають кристали А, потім, коли склад рідкої фази дійде до точки f1, по кривій e1 E ' піде спільна кристалізація А і В, затвердіння закінчиться в точці E '. Отже, послідовність кристалізації рідкої фази складу F1 зображується в сукупності відрізком F1f1 E '. Подібним же чином можна простежити хід кристалізації будь рідкої фази системи А - В - С. На тій же проекції наносять ізотерми початку кристалізації (показані тонкими лініями). Вертикальні перетину складніші, ніж діаграми подвійних систем. Виняток становлять так звані квазібінарних перетину тих Т. с., Де утворюються подвійні і потрійні з'єднання постійного складу. Правила проведення таких перетинів (сингулярна тріангуляція Т. с.), Вперше сформульовані в 1925 Н. С. Курнаковим , дозволяють спростити розгляд складних Т. с.

Експериментальне побудова повних діаграм стану Т. с. дуже трудомістким. Тим часом для практичних цілей нерідко досить побудови бічних подвійних систем і положення моноваріантних кривих, нонваріантних точок і областей поширення твердих розчинів на основі компонентів Т. с. У ряді випадків термодинамічні розрахунки найпростіших типів подвійних і потрійних діаграм стану дають результати, близькі до експериментальних даних. Для розрахунків рівноваг в Т. с. використовують різні спрощені моделі; для вирішення складних термодинамічних рівнянь розроблені спеціальні програми і застосовується обчислювальна техніка.

Літ.: Курнаков Н. С., Ізбр. праці, т.1-3, М., 1960-63; Аносов В. Я., Погодін С. А., Основні початку фізико-хімічного аналізу, М. - Л., 1947; Воловик Б. Є., Захаров М. В., Потрійні і четверні системи, М., 1948; Петров Д. А., Потрійні системи, М., 1953; Довідник з плавкості систем з безводних неорганічних солей, т. 1-2, М, - Л., 1961 ; Захаров А. М., Діаграми станів подвійних і потрійних систем, М., 1964; Ванюков А. В., Зайцев В. Я., Шлаки і штейни кольорової металургії, М., 1969; Крестовников А. Н., Вігдоровіч В. Н., Хімічна термодинаміка, 2 вид., М., 1973; Кауфман Л., Бернстейн Х., Розрахунок діаграм стану за допомогою ЕОМ, пров. з англ., М., 1972; Діаграми стану металевих систем, в. 1-18, М., 1959-75.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я