Mavzu: Uch komponentli sistemalarning holat diagrammalari Reja

2. Uch komponentli sistemalar politermasi

Suv (A) va bir xil ionli ikkita V,S tuzlardan tashkil topgan sistemani tarkibini AVS uchburchakdagi nuqtalar oralig`ida ifodalash mumkin.

Demak uch kopmonentli sistemalarda bir-biriga bog`liq bo‘lmagan to‘rtta omildan (ikkita tuz kontsentratsiyasi, harorat, bug` bosimi) AVS uchburchakda ikki tuz kontsentratsiyasi o‘z ifodasini topadi, uchinchi o‘qda haroratni uchburchak sistemasiga perpendikulyar o‘qida joylashtirish mumkin. Sistema turli tarkibiga to‘g`ri keluvchi, AVS burchakda yotgan har bir figurativ nuqtadan, ushbu tarkibni to‘yingan eritmasiga bir biriga mos kesimlar o‘tkazamiz. Bu kesimlarni yuqoridagi nuqtalari tutashtirilsa, uchburchakli prizmada, sistema tuyinish yuzasini ko‘rsatuvchi, fazoviy shakl hosil bo‘ladi. Bunday sistema holati, tarkibi va to‘yingan eritma tarkibini haroratga bog`likligini ifodalovchi fazoviy diagramma- politerma deyiladi.
Bu diagrammada bug` bosimi ko‘rsatilgan. 3.11 a rasmda diagrammani politermasi va ortogonal proektsiyasi ko‘rsatilgan 3.11 b rasm. Ortogonal proektsiya va prizma yoqlaridan biri (SS<sub>1</sub>V<sub>1</sub>V) da markaziy proektsiya berilgan.Prizma ichida yotgan nuqtalarni prizma yoqlaridan biriga tushirilgan markaziy proektsiyasi asosiga o‘tkazilgan parallel tekislikdagi nuqtadan yon qarshisidagi (odatda suvni AA<sub>1</sub> qirrasi) qirradan to‘g`ri chiziq o‘tkazish yo‘li bilan topiladi.
11 va 11a rasimlardan ko‘rinib turibdiki, prizmaning yon tomonlarida ikki komponentli sistemalar digrammasi ifodalangan AV qirra ustidagi yonda V tuzni suvda eruvchanlik diagrammasi AS qirra chetidagi yonda S tuzni suvdagi eruvchanlik diagrammasi, SV qirra ustidagi yonda suvsiz V va S tuzlarning suyuqlanish diagrammasi berilgan. E₁, E₂ va E₃ nuqtalar ikkilik sistemalar evtektik nuqtalari.
Bu ikkilik evtektik nuqtaga mos tarkibli eritmaga uchinchi komponentni qo‘shsak eruvchanlikni kamayishiga olib keladi va mos holda evtektik xarorat pasayadi.
Prizma ichidagi O¹ nuqta – butun sistemaning evtektik nuqtasi (11a-rasm). Bu nuqtada eritma, muz va ikkita suvsiz V va S tuzlari bilan muvozanatda bo‘ladi. Bu nuqtadan pastda suyuq faza mavjud bo‘la olmaydi. RE , O¹, E³, QE O¹E va RE¹O¹E¹ to‘yinish yuzalari, bular ustida turgan tuyinmagan eritma sohasini tagidagi qattiq faza sohasidan ajratib turibdi. RE¹O¹E³ yuzada eritma S tuzi bilan to‘yingan va yuza tagida to‘yingan eritma qattiq fazadagi S bilan muvozanatda bo‘ladi; QE¹O¹E¹yuza tagida V tuzi kristallanadi, RE¹O¹E¹ tagida esa muz. Bu yuzalarni kesishish chiziqlari E¹O¹ ,E¹O¹ va E¹O¹ eritmani ikki qattiq faza bilan to‘yinish egri chizig`i – muz va S tuz (E¹ O¹) muz va V tuz (E¹O¹) va ikki tuz bilan (E¹,O¹). O¹ nuqtada hamma uchala komponent bir vaqtda kristallanadi.

11-rasm Uchlik sistema politermasi va uni aksi.

a) politerma va uni ortogonal aksi, b) ortogonal va markaziy aksi.

Tarkibida V va S tuz bo‘lgan tuyinmagan M1-tarkibli eritma berilgan bo‘lsin. (11 rasmga qarang). Sistemani M1, figurativ nuqtasini vertikal yoqdagi proektsiyasi (aksi) M1 nuqtada va prizma asosida - M

nuqtada (11(b) rasmga qarang) belgilangan.
Sistema sovitilganda uni figurativ nuqtasi M 1M politerma chizig`i bo‘yicha pastga harakatlanadi, vertikal aksi esa M111; M115 bo‘yicha, gorizontal aksda sistema tarkibi o‘zgarmaydi. Sistema xolati M2 nuqtaga kelganda (M211) (11(a) rasm) eritma S tuzga to‘yinadi, chunki M2 bu tuzni to‘yinish yuzasida (RE1,O1E1) yotadi (11, a rasmga qarang), politermani aksidagi mos keluvchi M211 va M nuqtalar S tuzni kristallanish sohasida yotadi (RE111, O11, E311 va SE1, OE3- 11 b rasmga qarang.) Sovitishni yana davom ettirilsa qattiq fazaga S tuz ajralib chiqadi va eritma bu tuzga nisbatan kambag`allashib boradi, ammo bu tuzga nisbatan to‘yinganligicha qoladi. Shuning uchun eritma figurativ nuqtasi RE1,O1 E31yuza bo‘yicha harakatlanadi. Bu kristallga tushmaydigan ikki tuz (V va muz) nisbatlari doimiy bo‘lgan chiziq bo‘ylab bo‘ladi. Bunday sharoitga vertikal yuzada yotuvchi SS1 qirra orqali M2 nuqtadan o‘tuvchi RL1(R11) chiziq mos keladi. Bu yuzani gorizontal aksi SL – kristallanish nuri deb aytiladi.
Shunday qilib to‘yingan eritma sovitilganda uni figurativ nuqtasi M2(M211)dan L1 (L11) ga PL1 (PL11) chiziq bo‘ylab, siljiydi. Gorizontal aksda bu harakat kristallanish nuri bo‘yicha bo‘ladi.
Bir vaqtda qattiq faza figurativ nuqtasi S1S qirra bo‘ylab pastga harakatlanadi S12 dan S112 S113 ga, gorizantal aksda esa S nuqtasi harakatsiz qoladi. tL- harakatga etishi bilan eritma nuqtasi L11(L) ga to‘g`ri keladi ya’ni S va V tuzlarning birgalikdagi tuyinish chizig`iga to‘g`ri keladi, shu paytdan boshlab V tuzi xam kristallana boshlaydi. Shuning uchun sistemani tL dan to gacha sovitish davomida va sistema tarkibi M113 dan M114 xarakatlanganida qattiq faza tarkibi S1S qirra bo‘ylab emas, S1SVV1 yoqda yotgan S113 S114 chiziq bo‘ylab sodir bo‘ladi. Bu chiziqning gorizontal proektsiyasi – SS4, chukmada V tuzni miqdori ortishi bilan uni tarkibini ko‘rsatuvchi nuqta V tarafga S dan S4 gacha siljiydi. Bu bilan bir vaqtda ikki tuz (A,V) bilan tuyingan eritmaning tarkibi L11O11(LO) bo‘yicha siljiydi. Sistemani holati evtektik haroratga etishi bilan M114 nuqtada qattiq fazaga muz xam ajrala boshlaydi.
Sistema muzlamaguncha uni M114 nuqtasi o‘zgarmasdan qoladi, chunki to xaroratdan pastda suyuq faza bo‘lmaydi, va muzlash doimiy xarorat to da sodir bo‘ladi.
Shuning uchun suyuq fazaning figurativ nuqtasi evtektik O11 nuqtada o‘zgarmasdan qoladi. Chukmaning tarkibi uchunchi komponent-muz bilan boyiy boshlaydi, ya’ni S4 dan S4M (S M ) chiziq bo‘ylab prizmaning ichiga siljiydi, Qachonki sistema to‘liq qotgandan so‘ng sistema va cho‘kmani figurativ nuqtalari M(M ) nuqtada muvofiqlashasa, keyingi sovitishda qotgan sistema nuqtasini M dan M ga siljishiga mos keladi.
Shunday qilib, sistemani sovitishda va uni M111dan M115 ga siljitish bilan vertikal aksda eritmani figurativ nuqtasi M111M112L11O11 chiziq bo‘ylab siljiydi, gorizontal proektsiyasida esa M L O chiziq bo‘ylab cho‘kma nuqtasi-mos xolda S211S311S411M411M511 va SS4M bo‘ylab, siljiydi.
Birlashtiruvchi to‘g`ri chiziq qoidasiga binoan, sistema, chukma va suyuq fazalar figurativ nuqtalari, sistema politermasda va uni akslarida (vertikal, gorizontal) ham har doim bitta to‘g`ri chiziqda yotadi. Qachonki sistema tarkibi m nuqtada bo‘lsa, suyuq faza l nuqtada, chukma esa 8s nuqtada bo‘ladi (11 b rasm).
Hajmiy diagramma
Uchlama evtetikaning hosil bo‘lishi.
Tarkibning o‘zgarishi bilan xossaning o‘zgarishi prizmaning balandligi bo‘ylab ko‘rsatiladi. Bir-biri bilan kimyoviy birikma hosil qilmaydigan,masalan, Bi- Sn- Pb sistemasini ko‘rib chiqaylik. Prizma yuzalaridan ikki komponentli sistema, uning ichida uch komponentli sistema tasvirlanadi. Keltirilgan rasmda shu sistemaning oddiy diagrammasi keltirilgan. TBi∙TSn∙TPb komponentlarning suyuqlanish temperaturalari E1, E2, E3 ikki komponentli E4- uch komponentli sistemalar uchun mansub evtetik nuqtalar. E1- nuqta Bi - Sn, E2-nuqta Sn – Pb, E3- nuqta Bi – Pb sistemalar evtetikasi E1, E2, E3 evtetikalar prizma yuzalarida, E4- prizma ichida joylashgan.
Hajmiy diagramma
Prizma ichidagi TBi E3 E4 E1 , TPb E2 E4 E3 , TSn E1 E4 E2 larlikvidus yuzalari bo‘ylab, bu yuzalardan yuqorida bitta – suyuq faza mavjud. Bu yuzalardan pastda ikki faza suyuq faza va tegishli metallardan bittasining kristallari mavjud. Masalan TBi E3 E4 E1 yuzasida pastda – suyuq faza va Bi kristallari bor. Odatda prizmaning bo‘yini kesib, fazoviy diagrammalar proyeksiyasi prizma asosidagi uchburchak yuzasiga tushuriladi. Bu xilda olingan proyeksiya keltirilgan rasmda yaqqol ifodalangan va proyeksiyasi olingan nuqtalar tagiga “o” ishorasi qo‘yilgan.
Uch komponentli sistemalarning proyeksion holat diagrammasi
Uch komponentli sistemaning tarkibini ifodalashda Gibbs va Rozebum usullari.
Uchburchakning har bir uchidan to‘g’ri chiziq tushiriladi (Aa, Bb, Cc to‘g’ri chiziqlar).
Har qaysi chiziqni o‘n bo‘lakka teng bo‘lib, ulardan uchburchak tomonlariga parallel chiziqlar o‘tkaziladi. Shu tariqa uchburchakli to‘r hosil qilinadi.
Bu to‘r yordamida uch komponentli sistemaning istalgan tarkibini aniqlash mumkin. Uchburchakning har bir uchi uchta toza komponent- A, B va C ga to‘g’ri keladi.
Har bir tomon esa ikki komponentli sistemani bildiradi. Ikki komponentli sistemada tarkib uchburchak uchlaridagi komponentlarga muvofiq keladi. Har qaysi tomondan qarama-qarshi uchga yaqinlashish tegishli komponent miqdorining oshib borishiga proporsional bo‘ladi.
Har bir tomon esa ikki komponentli sistemani bildiradi. Ikki komponentli sistemada tarkib uchburchak uchlaridagi komponentlarga muvofiq keladi. Har qaysi tomondan qarama-qarshi uchga yaqinlashish tegishli komponent miqdorining oshib borishiga proporsional bo‘ladi.
Demak, rasmdagi muayyan tomonga parallel o‘tkazilgan to‘g’ri chiziqlar uchinchi komponentning miqdorini belgilaydi. Har bir to‘g’ri chiziqdan ikkinchisiga o‘tganda uchinchi komponentning miqdori 10% ga oshganligini bildiradi. Tegishlicha balandliklarda har bir komponentning ulushi ko‘rsatilgan bo‘ladi.
Masalan, P nuqtaga komponentlarning quyidagi tarkibi muvofiq keladi: A-50%, B-30%, C-20%.
Uchburchakdagi har bir nuqta uch komponentli sistemaning muayyan tarkibini ifodalaydi. Aksincha, har bir muayyan tarkib bitta nuqtani ifodalaydi.
Uchburchakdagi har bir nuqta uch komponentli sistemaning muayyan tarkibini ifodalaydi. Aksincha, har bir muayyan tarkib bitta nuqtani ifodalaydi.
Komponentlarning tarkibini mol ulushlarda yoki massa va hajmiy ulushlarda ifodalash mumkin.
Uch komponentli sistemaning tarkibini Rozebum usulida ifodalash.
Bu uchburchakda P nuqta avvalgi uchburchakdagidek holatda turadi. Rasmdan ko‘rinib turibdiki, AM bo‘lak C komponentning ulushi (20%) ni, NC bo‘lak A komponentning ulushi (50%) ni va MN bo‘lak B komponentning ulushi (30%) ni bildiradi.
SHunday qilib, biz ayni nuqtadan uchburchakning ikki tomoniga parallel o‘tkazsak, ular uchinchi tomonni kesib o‘tadi. Barcha bo‘laklar yig’indisi 100% ni tashkil etadi.
Bir xil ionli va evtonikaga ega bo‘lgan ikki tuz eritmasining holat diagrammasi. Suv bilan ikkita tuz (bir xil ionli) sistemasidagi fazaviy muvozanatni ko‘rib chiqamiz. Agar ikkala tuzda kation va anionlar turlicha bo‘lsa, u holda sistema 4 komponentli bo‘lib qoladi.
Suv–bir xil ionli 2 tuz sistemasi izotermik proektsiyasining holat diagrammasi ifodalangan. Tuzlar suv bilan gidratlar yoki qo‘sh tuz, kompleks birikma yoki qattiq eritmalar hosil qilmaydi.
Rozebum uchburchagining uchlari H₂O, PX va QX toza komponentlariga mos keladi. A nuqta suvning to‘yingan eritmasida PX ning kontsentratsiyasini, B nuqta esa, QX tuzining suvning to‘yingan eritmasidagi kontsentratsiyasini ko‘rsatadi.
AC egrisi RX tuzining QX ning turli tarkibli eritmalaridagi eruvchanligini tavsiflaydi, BC egrisi esa, QX tuzining PX ning suvli eritmasidagi eruvchanligini ko‘rsatadi. C nuqtada eritma ikkala tuz bilan to‘yingan (evtonika) bo‘ladi.
H2O cho‘qqi bilan ACB orasidagi maydonda joylashgan har bir nuqta tuzlarning to‘yingan eritmalariga javob beradi. ACPX maydonidagi xohlagan nuqta 2 ta tuzning eritmasi va PX qattiq tuzdan iborat 2 fazali sistemani ifodalaydi.
Gibbs usuliga ko‘ra , uch komponentli sistemaning uchburcha ichidagi biror nuqtaga to‘g’ri keladigan tarkibini aniq­lash uchun, o‘sha nuqtadan uchburchakning uchchala tomoniga perpen­dikulyar tushiriladi. Bu kesmalarning yig’indisi teng tomonli uchburchakning balandligiga teng, uni 100 % deb qabul qilamiz. Uch­burchak ichidagi p nuqta uchburchakning B uchi dan uzoqda bo‘lgani uchun bu nuqtadagi aralashmada B komponentning miqdori kam bo‘la­di, ya’ni B ning miqdori uning qarshisidagi tomondan boshlangan perpendikulyarning uzunligi bilan belgilanadi. Masalan, p nuqta­dagi aralashmaning tarkibida 20% B bor. Xuddi shunday usulda A va C komponentlarning tarkibi ham topiladi: 50% A va 30% C.
Teng tomonli uchburchak vositasida uch komponentli sistemaning tarkibini ifodalash.
Teng tomonli uchburchak vositasida uch komponentli sistemaning tarkibini ifodalash.
Rozebum usulida sistemaning tarkibini aniqlash uchun p nuq­tadan uchburchakning ikki tomoniga parallel chiziqlar o‘tkaziladi. Uchburchakning AB tomonidagi kesmalarning yi­g’indisi teng tomonli uchbur­chakning tomoniga teng. P nuqtadan uchburchakning ikki tomoniga o‘tkazilgan parallel chiziqlar AB tomonni 3 ga bo‘ladi va bu AM, MN, va NB kesmalar A, B va C komponentlarning miqdorini beradi.
Rozebum usuli
Uchburchakning B uchining qarshisidagi tomonga chizilgan pa­rallel b kesmani beradi va ushbu kesma B ning miqdorini belgilaydi. Uchburchakning A uchining qarshisidagi tomonga chizil­gan parallel a kesmani beradi va u A komponentning miqdorini belgilaydi. Teng tomonli uchburchakning tomonini 100% deb qabul qilsak, u holda P nuqta uchun A - 50%, B - 20% ekanligini hamda C komponentning miqdori 30% ga tengligini aniqlash mumkin.
Uch komponentli sistemalarning holat diagrammalarini tuzishda bosimni o‘zgarmas deb qabul qilsak, sistemaning erkinlik darajasi F= 3-Ф+1 = 4-Ф tenglama bilan ifodalanadi. Harorat ham o‘zgarmas bo‘lganda erkinlik darajasi F = 3-Ф ifoda orqali aniqlanadi.
Tuzlarning eruvchanlik diagrammasi.
Suv bilan ikkita tuz (bir xil ionli) sistemasidagi fazaviy muvozanatni ko‘rib chiqamiz. Agar ikkala tuzda kation va anionlar turlicha bo‘lsa, u holda sistema 4 komponentli bo‘lib qoladi.
Keltirilgan grafikda suv bir xil ionli 2 tuz sistemasi izotermik proyeksiyasining holat diagrammasi ifodalangan. Tuzlar suv bilan gidratlar yoki qo‘sh tuz, kompleks birikma yoki qattiq eritmalar hosil qilmaydi. Rozebum uchburchagining uchlari H₂O, PX va QX toza komponentlariga mos keladi. A nuqta suvning to‘yingan eritmasida PX ning konsentratsiyasini, B nuqta esa, QX tuzining suvning to‘yingan eritmasidagi konsentratsiyasini ko‘rsatadi.
Bir xil ionli 2 ta tuzning suvda eruvchanligi diagrammasi: Rozebum uchburchagiga izotermik proyeksiya.