2 Phase Diagrams composants
Détermination expérimentale de 2 composants Phase Diagrams
À titre d'exemple, nous allons voir comment on pourrait s'y prendre pour déterminer la stabilité d'un mélange de 2 phases minérales, A et B. Pour effectuer ces expériences, nous commençons avec des minéraux purs A et B, puis faire des mélanges dans des proportions variables . Chacun de ces mélanges, ainsi que le B pur A et pur représentent des compositions différentes. Dans ce cas, nous n'allons examiner la façon dont la stabilité varie en fonction de la température et de la composition, la tenue constante de pression à 1 atmosphère.
Après la trempe, chaque capsule est ouverte et que les phases présentes sont déterminées en utilisant un microscope. Dans l'exemple illustré, nous utilisons différents symboles pour représenter les assemblages de phase minérale présents pour chaque cycle de composition. Dans cette série d'expériences 6 assemblages différents se trouvent, et sont représentés graphiquement sur un diagramme de température de l'expérience représentée sur l'axe vertical, et la composition en termes de% A% B ou tracé sur l'axe horizontal.
Notez que les parcelles pures de A à 100% de A, ce qui correspond à 0% de B, et des parcelles pures B à 100% de B, ce qui correspond à 0% A.
A noter également qu'aucune expérience ont été effectuées à des températures plus élevées que celles où le premier liquide complet est apparu pour chaque composition.
Une fois que les points sont tracés, on peut alors tracer des courbes ou des lignes mieux adaptées entre les points de données pour déterminer la température - champs de stabilité de la composition des différents assemblages de phase. Ces courbes / lignes sont représentées ici, et les champs de stabilité pour chaque assemblage de phase sont étiquetés. le diagramme de phase résultant est appelé un schéma eutectique binaire. Tous les schémas de fusion binaires ressemblent, mais c'est le plus simple et le type que nous allons discuter d'abord.
DEUX SYSTÈMES DE COMPOSANTS EUTECTIQUES
La figure 1 montre la plus simple des deux diagrammes de phase de composants. Les composants sont A et B, et les phases possibles sont des cristaux purs de A, des cristaux purs de B, et avec des compositions liquides comprises entre pur A et B. Compositions pur sont reportées dans le bas de la figure. A noter que la composition peut être exprimée soit en pourcentage de A ou un pourcentage de B, étant donné que le pourcentage total doit être égale à 100. (Des compositions peuvent aussi être exprimées en fraction molaire de A ou B, auquel cas le total ne doit additionner à 1). La température ou la pression est tracée sur l'axe vertical. Pour le cas représenté, on considère la pression d'être constante, et ont donc tracé la température sur l'axe vertical.
Les courbes séparant les champs de A + Liquide de liquide et B + Liquide de liquide sont appelées courbes de liquidus. La ligne horizontale séparant les champs de A + B + liquide et liquide à partir de A + B tout solide, est appelé le solidus. Le point, E, où les courbes de liquidus et solidus se croisent, est appelée le point eutectique. Au point eutectique dans ce système à deux composants, l'ensemble des trois phases, qui est liquide, les cristaux de A et de cristaux de B, tous existent en équilibre. Notez que le eutectique est le seul point sur le schéma où cela est vrai.
Puisque nous regardant d'un système à pression constante, la règle de phase dans ce cas est F = C + 1 - P. Le point eutectique est donc un point invariant. Si nous changeons la composition du liquide ou la température, le nombre de phases sera réduit à 2.
Si le système ne contient que pur A, alors le système est un système de composants et de la phase A fond à une seule température, la température de fusion du pur A, Tm A. Si le système ne contient que B, puis pure, il est un système à un seul composant et B ne fond qu'à la température de fusion du pur B, B Tm.
Pour toutes les compositions entre pur A et B pur, la température de fusion est considérablement réduit, et la fusion commence à la température eutectique T E. On notera que pour toutes les compositions entre A et B, la fusion se produit également sur une plage de températures comprises entre le solidus et le liquidus. Cela est vrai pour toutes les compositions, sauf une, celle de l'eutectique. La composition eutectique fond à une seule température, T E.
Nous allons maintenant examiner la cristallisation d'un liquide avec la composition X dans la figure 1. Tout d'abord, cependant, il faut énoncer la règle suivante, qui doit toujours être respectée:Règle 1 - Dans la cristallisation d'équilibre ou de fusion dans un système fermé, la composition finale du système sera identique à la composition initiale du système.
Par conséquent, selon la disposition 1, la composition X, qui se compose d'un mélange de 80% de A et 20% B, aura, comme produit cristallin final, un mélange de cristaux de 80% de A et 20 cristaux de% de B.
Composition X sera tout le liquide au-dessus de la température T 1, car il se situera dans le domaine de la totalité du liquide. Si la température est abaissée à T1. à cristaux T1 de A commencent à se former.
En outre l'abaissement de la température provoque plus de cristaux de A à former. En conséquence, la composition liquide doit devenir plus riche en B que plus de cristaux d'une forme hors du liquide. Ainsi, avec l'abaissement de la température, la composition liquide va changer du point 1 au point 2 au point 3 au point E lorsque la température est abaissée à partir de T1 à T2 à T3 à TE respectivement. A toutes les températures comprises entre T1 et TE. deux phases seront présents dans le système; liquide et des cristaux de A. A la température eutectique, TE. cristaux de B commencent à se former, et trois phases vont coexister; cristaux de A, des cristaux de B, et le liquide. La température doit rester à TE jusqu'à ce que l'une des phases disparait. Ainsi, lorsque le liquide cristallise complètement, seul pur solide A et B pur solide et resteront mélange de ces deux phases solides seront dans les proportions du mélange initial, soit 80% de A et 20% de B.
L'histoire de cristallisation de la composition X peut être écrit sous forme abrégée comme suit:
T> T1 - tout le liquide
à TE - liquide + A + B
T < TE -- A + B all solid
Si nous devions arrêter le processus de cristallisation à tout moment pendant la cristallisation et observer la quantité de chaque phase est présent, nous pouvons utiliser l'exemple suivant pour déterminer ce que nous verrions.
Par exemple, à une température T2 de la quantité de cristaux de A et de liquide (les deux seules phases présentes à cette température) peut être déterminée en mesurant les distances a et b sur la figure 1. Les pourcentages seraient alors donné par la règle du levier:
% de cristaux de A = b / (a + b) x 100
% De liquide = a / (a + b) x 100
A la température T3. noter que plusieurs cristaux ont dû se former depuis la distance proportionnelle d / (c + d) est supérieure à la distance proportionnelle b / (a + b). Ainsi, à la règle T3 de levier donne:
% de cristaux de A = d / (d + c) x 100
% De liquide = c / (c + d) x 100
Au T3. noter que la composition du liquide est donnée au point 3, soit 53% A, la composition du solide est pure A, et la composition du système est encore 80% de A et 20% B. Assurez-vous que vous comprenez la différence entre composition des phases et de la quantité ou pourcentage des phases.
Le processus de fusion est exactement l'inverse du processus de cristallisation. C'est si nous avons commencé avec la composition X à une température inférieure à TE le premier liquide formerait à TE. La température resterait constante à TE jusqu'à ce que tous les cristaux de B ont été fondus. La composition liquide serait alors changer le long de la courbe de liquidus de E au point 1 que la température augmente jusqu'à ce que la température T1 soit atteinte. Ci-dessus, le système T1 contiendrait que du liquide avec une composition de 80% de A et 20% B. Le processus de fusion sous forme abrégée est listé ci-dessous:
T < TE -- all solid A + B
à TE - Liquid + A + B
T> T1 - tout le liquide