Системы, образующие неустойчивое химическое
Соединение
Возможны такие химические соединения, которые плавятся с разложением, образуя не только жидкость, но и кристаллы одного из компонентов. Поскольку равновесие трех фаз бинарной системы нонвариантно, ему соответствует постоянная температура. Примером системы веществ, образующих неустойчивое химическое соединение, является сплав меди с ртутью. На рис. 6.6 изображена диаграмма плавкости системы подобного рода. Перитектическая точка Р отвечает температуре, выше которой химическое соединение М существовать не может. Смеси, содержащие компонента В больше, чем в перитектическом сплаве, плавятся с разложением М. Области существования различных фаз системы указаны на рис. 6.6.
Рис. 6.6. Диаграмма плавкости веществ, образующих
неустойчивое химическое соединение
При охлаждении данного расплава фигуративная точка опускается вертикально вниз, переходя из области жидкости в область равновесия жидкости с кристаллами В, а затем жидкости с кристаллами М.
Кривая охлаждения имеет две площадки, отвечающие нонвариантному равновесию трех фаз системы: перитектической жидкости, кристаллов М и кристаллов В; эвтектической жидкости, кристаллов А и кристаллов М.
Остальным участкам кривой охлаждения соответствует вариантность, отличающаяся от нуля. На участке lр из распла- ва выпадают кристаллы В, температура понижается, состав жидкости соответствует одноименным точкам на линии ликвидуса. На участке рp1 из расплава выпадают кристаллы М, состав жидкости приближается к эвтектическому температура понижается.
При охлаждении смесей, соответствующих отрезку MB, перитектическое взаимодействие кристаллов В и жидкого расплава приводит к образованию лишь кристаллов М. Избытка жидкости не существует, поэтому кристаллизация этих смесей заканчивается при Тр.
Задание
1. На диаграмме состояния (рис. 6.1 – 6.6) указать характерные температуры, фазовый состав. Построить характерные для данной диаграммы кривые термоанализа.
2. На кривой охлаждения указать состав первого кристалла, последней капли.
3. На кривой термоанализа нагревания указать состав первой капли, последнего кристалла.
Примеры задач
1. По диаграмме состояния Zn-Mg (рис. 6.7):
– определить фазовый состав всех областей;
– найти формулу химического соединения;
– выразить состав эвтектики Е1, Е2 в атомных процентах;
– построить кривые термоанализа для состава MgxZn1-x;
– определить, при каком составе при охлаждении выделяется чистый Mg.
Рис. 6.7. Диаграмма состояния Zn-Mg
2. Исследовать диаграмму состояния двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью в жидкой и твердой фазах. Определить фазовый состав, температуру первого кристалла и последней капли для состава АαВ1 – х. Построить кривые термоанализа.
3. По диаграмме состояния Bi-Te (рис. 6.8):
– определить фазовый состав всех областей;
– найти формулу химического соединения;
– выразить состав эвтектики Е1, Е2 в атомных процентах;
– построить кривые термоанализа для состава BixTe1-x;
– определить, при каком составе при охлаждении выделяется чистый Te.
Рис. 6.8. Диаграмма состояния Bi-Te
4. По диаграмме состояния Cu-Ag (рис. 6.9):
– определить фазовый состав всех областей;
– построить кривые термоанализа для состава CuxAg1-x (x = 5 %, 50 %, 98 % Cu), указать число степеней свободы и число фаз на кривых термоанализа;
– определить, сколько твердого раствора выделяется из 100 г 70 % расплава при охлаждении до 850 оС.
Рис. 6.9. Диаграмма состояния Cu-Ag
5. По диаграмме состояния Cr-Ni (рис. 6.10):
– определить фазовый состав всех областей;
– построить кривые термоанализа для 10 %, 40 %, 50 %, 60 % Cr. Указать число степеней свободы и число фаз на кривых термоанализа;
– определить, сколько хрома будет содержаться в жидком и твердом растворе при T1 = 1400 oC (T2, T3 …) для состава 1, 2, 3 …
Рис. 6.10. Диаграмма состояния Cr-Ni
6. Исследовать диаграмму состояния двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью в жидкой фазе и полной нерастворимостью в твердой фазе. Определить фазовый состав, температуру первого кристалла и последней капли для состава АαВ1 – х. Построить кривые термоанализа.
7. По диаграмме плавкости SiO2-Al2O3 (рис. 6.11):
– найти формулу химического соединения;
– изобразить кривую термоанализа для 65 % расплава;
– определить количество эвтектики, получающейся при затвердевании 1 кг 30 % расплава;
– определить, сколько химического соединения получится при затвердевании 10 г 80 % расплава.
Рис. 6.11. Диаграмма плавкости SiO2-Al2O3
8. Исследовать диаграмму состояния двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью в жидкой и ограниченной растворимостью в твердой фазе. Определить фазовый состав, температуру первого кристалла и последней капли для состава АαВ1 – х. Построить кривые термоанализа.
9. Исследовать диаграмму состояния двухкомпонентной системы с образованием химического соединения постоянного состава. Определить фазовый состав, температуру первого кристалла и последней капли для состава АαВ1 – х. Построить кривые термоанализа.
Библиографический список
1. Стромберг А.Г. Физическая химия : учебник для химических специальностей вузов [Текст] / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко; под ред. А.Г. Стромберга. – 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2001. – 527 с.
2. Зимон А.Д. Физическая химия [Текст]: учебник / А.Д. Зимон, Н.Ф. Лещенко. – М.: Химия, 2000. – 320 с.
3. Горшунова В.П. Краткий курс физической химии [Текст]: учеб. пособие / В.П. Горшунова; науч. ред. В.И. Федянин. – Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2005. – 172 с.
4. Термодинамические свойства индивидуальных веществ [Текст]: справочное издание. В 4 т. / В.П. Глушко и др.; под ред. В.П. Глушко. – М.: Наука, 1982.
СОДЕРЖАНИЕ
| 1. Определение зависимости теплового эффекта химической реакции от температуры | |
| 2. Определение направления химической реакции в равновесных условиях | |
| 3. Энтропия. Энтропийный критерий самопроизвольного процесса и равновесия | |
| 4. Константа равновесия. Условия химического равновесия и направление химической реакции | |
| 5. Константа равновесия. Определение направления химической реакции в неравновесных условиях | |
| 6. Фазовые равновесия в полупроводниковых системах | |
| Библиографический список |
Методические указания
к выполнению практических занятий по дисциплине
«Физическая химия материалов
и процессов электронной техники»
для студентов направления подготовки бакалавров
11.03.04 «Электроника и наноэлектроника», направленности
«Микроэлектроника и твердотельная электроника»
очной формы обучения
Составители:
Николаева Елена Петровна
Николаева Светлана Олеговна
В авторской редакции
Компьютерная верстка О.А. Ивановой
Подписано к изданию __.06.2017
Уч.-изд. л.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный
технический университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14
| |