Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
Правила фаз Гиббса является фундаментальной основой построения диаграмм состояния и применяется при их построении й работе с ними. При исследовании сложных гетерогенных систем, находящихся в различных условиях, правило фаз позволяет априорно установить, находится ли система в равновесии, а если нет, то какова степень отклонения от равновесного состояния и какие изменения следует ожидать в системе при приближении ее к равновесному состоянию. Например, при данной температуре в трех-компонентной конденсированной системе (р=сопз1) в равновесных условиях максимальное число фаз при /=0 (число степеней свободы не может быть отрицательной величиной) составляет четыре:
Р = К + 1 - / = 3 +1 - 0 = 4.
Если в этих условиях в системе присутствует большее число фаз, то это значит, что система не находится в равновесном состоянии и при приближении к нему с течением времени часть фаз, являющихся неравновесными, будет исчезать.
Правило фаз Гиббса — один из самых всеобщих законов природы, описывающих состояние макроскопических систем, находящихся в равновесии. Оно всегда подтверждается опытом и никаких отклонений от этого правила не наблюдается, если только выполняется требование равновесности системы и если к отдельным частям системы применимо понятие фазы.
1.8. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДИАГРАММАХ СОСТОЯНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ
При исследовании равновесных систем конечной целью физико-химического анализа является установление зависимости между параметрами системы, характеризующими ее состояние, и, в частности, определение составов равновесных фаз при тех или иных параметрах состояния. Данная зависимость наряду с аналитической формой описания в виде уравнений состояния может быть выражена графически в виде соответствующих термодинамических диаграмм. Такое графическое описание состояний равновесных систем отличается прежде всего компактностью и большой наглядностью, что и обусловливает широкое использование подобных диаграмм на практике.
Термодинамическая диаграмма представляет собой диаграмму, на которой по осям координат откладывают значения термодинамических параметров или функций состояния. Такие диаграммы
199
устанавливают строгую взаимосвязь между параметрами, характеризующими состояние равновесной системы, и позволяют описать изменение свойств системы при изменении ее параметров. В качестве свойства могут выступать любые свойства равновесной системы. Если в качестве свойства выбирается температура фазовых превращений, то получаемый геометрический образ называется диаграммой состояния или фазовой диаграммой. Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение всех возможных в данной системе равновесных состояний, соответствующих данному соотношению ее параметров. Поскольку состояние системы полностью определяется ее независимыми параметрами (степенями свободы), число координатных осей диаграммы состояния должно быть равным наибольшему числу степеней свободы, возможному в системе.
Для многокомпонентных равновесных систем особое значение имеют диаграммы состав — свойства, строящиеся в координатах концентрация компонентов — температура фазовых превращений. Для однокомпонентных систем вместо параметра концентрация, который для таких систем теряет смысл, обычно используют давление (упругость пара) или свободную энергию.
Особенность диаграмм состояния заключается в том, что любая точка на диаграмме имеет строгий физико-химический смысл, так как характеризует определенное состояние вещества и численные значения параметров этого состояния. Другими словами, каждое состояние системы изображается на диаграммах некоторой точкой, которая называется ф и г у р а т и в н о й точкой. Этим диаграммы состояния отличаются от других диаграмм, изображающих с помощью, например, кривых зависимость между какими-либо величинами, в которых физический смысл имеют только точки этих кривых.
Диаграммы состояния имеют исключительно важное значение для многих областей промышленности, в частности металлургии, микроэлектроники, нефтепереработки, химической технологии, в том числе технологии силикатных и тугоплавких неметаллических материалов и т. д. Эти диаграммы позволяют решать целый ряд сложных и важных практических и теоретических проблем, связанных с получением разнообразных веществ с различным сочетанием свойств. Имея разработанную диаграмму состояния системы, можно без проведения сложных экспериментальных исследований ответить практически на все вопросы, касающиеся состава и поведения материалов в этой системе при изменении условий их существования.
Диаграмма состояния во многих случаях дает возможность объяснить и усовершенствовать процессы, протекающие при образовании данного материала, установить и объяснить влияние фазового состава продукта на его свойства и качество, т. е. помогает выбору правильной технологии и состава для получения материалов с заранее заданными свойствами.
200
Диаграммы состояния описывают только системы, находящиеся в термодинамическом равновесии. Большинство силикатных систем обладает особенностями, влияющими как на методику построения диаграмм состояния, так и на их оценку с точки зрения практического использования.
