Понятие о диаграммах состояния трехкомпонентных систем

Для трехкомпонентной системы, на равновесие которой из внешних параметров влияют давление и температура, по правилу фаз Гиббса

.

Максимальное число фаз в тройной системе равно Ф_max = 5 (при υ = 0), а максимальное число степеней свободы равно υ_max = 4 (при Ф = 1). Следовательно, независимыми переменными могут быть температура, давление и мольные доли двух из трех компонентов. При выбранных параметрах (P, T, x ₁, x ₂) полная диаграмма состояния должна быть четырехмерной. Поэтому состояние тройной системы обычно рассматривается при постоянном давлении, что позволяет построить трехмерную пространственную диаграмму состояния в виде трехгранной призмы. Основанием этой призмы служит треугольник состава, а по высоте откладывается температура. При P = const для трехкомпонентной системы

.

Наиболее часто при изучении равновесия в тройных системах фиксируется не только давление, но и температура. В этом случае плоская диаграмма состояния будет представлять собой сечение трехгранной призмы, параллельное основанию (диаграмме состава). При постоянных давлении и температуре для тройной системы

.

Для графического изображения состава трехкомпонентных систем при постоянных Р и Т чаще всего применяются треугольные диаграммы, построенные по методу Гиббса и по методу Розебума и обычно называемые треугольниками Гиббса и Розебума (рис. 10.10). В обоих методах используются свойства равностороннего треугольника. С помощью треугольных диаграмм Гиббса и Розебума исследуют диаграммы состояния солевых и минеральных систем, жидких систем (включая расплавы), состоящих из частично смешивающихся компонентов.

Рис. 10.10. Треугольные диаграммы состояния тройной системы

по Гиббсу (а) и Розебуму (б).

При изображении трехкомпонентной системы с помощью треугольника Гиббса (рис. 10.10, а) за единицу (100 %) принята высота, при этом используется следующее свойство равностороннего треугольника: сумма перпендикуляров, опущенных из данной точки на стороны треугольника, равна его высоте.

Содержание данного компонента в точке m (например, А) определяется отрезком перпендикуляра ma, опущенного на сторону, противоположную вершине А (В – mB, C – mC). При этом ma + mв + mc = 100 %.

При изображении трехкомпонентной системы с помощью треугольника Розебума (рис. 10.10, б) за единицу (100 %) принимается сторона треугольника. При этом используется следующее свойство равностороннего треугольника: если через данную точку внутри треугольника провести линии, параллельные сторонам, то сумма отрезков, отсчитываемых от исходной точки до точек пересечения со сторонами, равна стороне треугольника.

По Розебуму, состав отсчитывают по длине отрезков а, b и с на любой из сторон. Вершины соответствуют чистым компонентам смеси (А, В, С). Точки на сторонах треугольника выражают состав бинарных смесей, а точки внутри – состав тройной системы. Следует отметить, что прямая линия, проведенная из вершины до пересечения с противоположной стороной, отвечает системам с неизменным отношением двух компонентов: если к бинарной смеси А и С состава x добавить компонент В, то фигуративная точка переместится в x', однако отношение масс компонентов А и С не изменится.

Дата добавления: 2014-01-04