равновесия твердое вещество-жидкость

Фазовые диаграммы для двухкомпонентных равновесий твердое вещество-жидкость могут иметь довольно сложный вид. В этом разделе мы познакомимся только с простейшими из них, а именно с фазовыми диаграммами типа температура-состав для жидких смесей, образующих простую эвтектику. Термин «эвтектика» будет разъяснен ниже. Фазовые диаграммы типа температура-состав для систем твердое вещество - жидкость могут быть построены с помощью кривых охлаждения, представляющих собой графики зависимости температуры от времени. С этой целью строят кривые охлаждения для двух чистых компонентов и для их смесей различного состава.

На рис. 6.28 показаны кривые охлаждения чистого бензола, чистого нафталина и смеси этих двух веществ. Начальная (верхняя) часть каждой кривой соответствует охлаждению жидкости. После стадии охлаждения жидкости кривые для каждого из двух чистых компонентов переходят в горизонтальные участки. Это происходит при температуре плавления (замерзания). При такой температуре жидкость находится в равновесии с твердым веществом. Температура вещества все это время остается постоянной из-за уменьшения энтальпии, которым сопровождается отвердевание (замерзание). Небольшая впадинка перед началом горизонтального участка кривой обусловлена переохлаждением жидкости. После того как вся жидкость затвердеет, температура снова начинает понижаться. Средняя кривая на рис. 6.28 показывает, что происходит при охлаждении смеси бензола с нафталином. В точке А происходит образование твердой фазы. В зависимости от состава смеси образующаяся вначале твердая фаза представляет собой бензол или нафталин. По мере образования твердой фазы одного из компонентов жидкая смесь обогащается другим компонентом. В точке В происходит образование смеси двух твердых фаз. С этого момента твердая смесь находится в равновесии с жидкостью. После окончательного затвердевания всей жидкости (конец горизонтального участка графика) происходит охлаждение твердой смеси.

Внимание! Бензол, нафталин и другие ароматические соединения очень ядовиты. Обращайтесь с ними осторожно!

Рис. 6.28. Кривые охлаждения.

Если построить теперь график зависимости температур А и В для разных смесей бензола и нафталина, состав которых изменяется от чистого бензола до чистого нафталина, получится фазовая диаграмма, показанная на рис. 6.30. Кривые охлаждения, соответствующие смесям с составами a, b и с, показаны на рис. 6.29.

Начнем с рассмотрения смеси с составом а (рис. 6.30). Жидкая смесь охлаждается, пока не достигнет точки а'. В этой точке начинает образовываться твердый бензол. В результате жидкость все больше обогащается нафталином. Поэтому по мере уменьшения температуры состав жидкой смеси изменяется вдоль кривой а' - Е. Все это время происходит образование твердого бензола. В точке E происходит образование твердой смеси бензола и нафталина. Эта смесь называется эвтектической смесью, или просто эвтектикой. Точка E называется эвтектической точкой.

Слово эвтектика происходит от греческого «эутектос», означающего «легкоплавкий». Эвтектика представляет собой смесь двух или нескольких веществ, которая имеет минимальную температуру плавления. Несмотря на то что эвтектика является смесью, многие ее свойства подобны свойствам чистых соединений.

Рис. 6.29. Кривые охлаждения для построения фазовой диаграммы, изображенной на рис. 6.30. 

 

Рис. 6.30. Фазовая диаграмма температура-состав для системы бензол/нафталин при постоянном давлении.

Рассмотрим теперь жидкую смесь с составом с. При охлаждении этой смеси сначала происходит образование твердого нафталина в точке с'. В это время жидкость обогащается бензолом, и ее состав изменяется, следуя кривой d-E. В точке E происходит образование эвтектики.

 

 

Оглавление: