Построение диаграммы состояния
Двухкомпонентной системы (термический анализ)
Цель работы : освоить метод термического анализа, построить диаграмму состояния двухкомпонентной системы, рассчитать термодинамические характеристики кристаллизующихся компонентов.
Приборы и реактивы
Учебно-лабораторный комплекс «Химия» в следующей комплектации:
– центральный контроллер;
– модуль «Термический анализ» в комплекте с одиннадцатью ампулами, содержащими смеси различных составов (от 10 до 90 мас.%), и ампулы с чистыми компонентами.
Термический анализ
Изучение многокомпонентных систем, образующих несколько фаз, производится при помощи физико-химического анализа, в основе которого лежит изучение функциональной зависимости между физическими свойствами системы и факторами, определяющими ее равновесие. В качестве изучаемых свойств могут быть выбраны: тепловые, электрические, механические и др. Найденные из опыта зависимости изображают в виде диаграмм состав – свойство.
Частным случаем физико-химического анализа является термический анализ, заключающийся в определении температуры, при которой в равновесной системе изменяется число фаз. Анализ основан на изучении изменения температуры системы в зависимости от времени охлаждения. В результате получаются так называемые кривые охлаждения, вид которых зависит от состава и типа смеси.
Кривые охлаждения
При охлаждении системы скорость понижения температуры пропорциональна разности температур системы и окружающей среды:
|
|
|
.
Из этого уравнения следует, что кривые охлаждения должны быть вогнуты к оси времени t. При большей разности температур они близки к прямой линии.
Кристаллизация расплавленного индивидуального вещества, подвергнутого медленному охлаждению, вызывает температурную остановку (рис. 17, кривая 1), так как состав жидкой фазы остается неизменным и выделяющаяся теплота кристаллизации полностью компенсирует отвод тепла в окружающую среду. На кривой охлаждения 1 моменту выпадения первого кристалла отвечает точка b. Длительность температурной остановки, и тем самым размер горизонтального участка на кривой охлаждения, зависят от количества вещества и от скорости отвода тепла. При исчезновении последней капли жидкости (точка c на кривой 1) температура вновь начинает понижаться, поскольку с этого момента потеря тепла в окружающую среду уже ничем не компенсируется.
Рис. 17 Кривые охлаждения расплавов индивидуальных веществ
(Тк – температура кристаллизации)
При охлаждении расплава двухкомпонентной системы (рис. 18) сначала кристаллизуется тот компонент, относительно которого жидкий расплав становится насыщенным. Кривая охлаждения (рис. 18, кривая 2) в точке b имеет излом, т.к. скорость охлаждения понижается вследствие выделения теплоты кристаллизации. Отсутствие температурной остановки объясняется тем, что состав жидкой фазы при кристаллизации меняется. При достижении температуры, при которой жидкий раствор становится насыщенным относительно и второго компонента, происходит одновременная кристаллизация обоих компонентов. Раствор, насыщенный обоими компонентами и имеющий наименьшую температуру кристаллизации, называется эвтектическим. Состав жидкой фазы остается постоянным. Поэтому на кривой охлаждения 2 наблюдается температурная остановка cd. После отвердевания всей смеси (точка d на кривой 2) температура снова понижается.
|
|
|
Рис. 18 Кривых охлаждения расплавов двухкомпонентной системы
(Тнк – температура начала кристаллизации;
Ткк – температура конца кристаллизации)
Кривые 1 и 2 (рис. 17,6) представляют собой идеальные кривые охлаждения, которые наблюдаются при кристаллизации простых веществ. Сложные вещества и их смеси, в частности органические, как правило, кристаллизуются с переохлаждением, величина которого зависит от чистоты вещества и условий охлаждения. Это приводит к более сложной форме кривых охлаждения (кривые 1' и 2' на рис. 17, 18).
В качестве температуры начала кристаллизации в этих случаях следует взять температуру в точке b', а в качестве температуры конца кристаллизации – температуру в точке c'.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 303; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!