Диаграмма состояния неизоморфноплавящихся веществ

К типу неизоморфноплавящихся веществ относится система висмут + кадмий. Они неограниченно растворимы в жидком состоянии, но нерастворимы в твердом состоянии (образуют 2 фазы). Это выражается в том, что при затвердевании расплава кристаллизуется один компонент, в то время как другой остается в расплаве. Поэтому неизоморфные смеси в твердом состоянии неоднородны и состоят из двух твердых фаз: кристаллов компонента А и кристаллов компонента В.

Диаграммы таких веществ имеют следующий вид:

Обычно диаграммы конденсированных систем строят в координатах «состав – температура». Их также называют диаграммами плавности. На осях ординат откладывают температуры плавления чистых веществ А и В (t_плA и t_плB).

Линия АЕВ – это линия начала кристаллизации, которая называется линией ликвидуса. Все фигуративные точки, лежащие выше линии ликвидуса, характеризуют состав гомогенной части расплава при различных температурах.

По правилу фаз Гиббса:

точка 1 С = К-Ф+n = 2-1+1 = 2 (можно менять состав и температуру)

n=1 при Р=const (изменяется только Т)

Линия СД характеризует конец кристаллизации расплава и называется линией солидуса. Ниже линии солидуса вещества А и В образуют две фазы в твердом состоянии – кристаллы А и кристаллы В. Все фигуративные точки, лежащие ниже линии солидуса, характеризуют состав твердой смеси.

По правилу фаз Гиббса:

точка 2 С=К-Ф+1=2-2+1=1, т.е. при сохранении постоянства состава равновесных твердых фаз произвольно можно изменять только температуру.

Точка Е называется точкой эвтектики. Это точка соответствует равновесию между жидким раствором (расплавом) и двумя кристаллическими фазами. Такое равновесие называется эвтектическим равновесием. Соответствующий жидкий раствор, равновесный этим двум фазам, называется эвтектикой. Этим же термином обозначается и твердый продукт (сплав), образующийся при кристаллизации этого раствора и, следовательно, обладающий эвтектическим составом. Жидкий раствор называют жидкой эвтектикой, а твердый сплав – твердой эвтектикой. Эвтектические сплавы характеризуются малыми размерами и однородностью кристаллов и имеют высокие твердость и механическую прочность.

По правилу фаз Гиббса:

точка Е С=К-Ф+1=2-3+1-0, т.е. расплав эвтектического состава кристаллизуется как чистое вещество при постоянной температуре.

точка А – точка кристаллизации вещества А: С=К-Ф+n=1-2+1-0

Однако, различие между чистым веществом и эвтектикой состоит в том, что при кристаллизации чистого вещества из его расплава состав твердой фазы одинаков с составом жидкого расплава. При кристаллизации эвтектики состав жидкого расплава отличается от состава каждой из равновесных с ним твердых фаз.

Диаграммы плавности с простой эвтектикой, состоящей из чистых компонентов, встречаются довольно часто среди металлических, солевых, органических систем, например, системы Ag-Pb, Zn-Sn, Bi-Cd, KCl-LiCl, AgBr-KBr, хлорид бензоила – дифенил. Диаграммы состояния аналогичного вида характерны и для многих водных солевых систем (диаграммы растворимости), при охлаждении которых кристаллизуются эвтектические смеси, состоящие из воды и солей, называемые криогидратами. Например, системы NH₄Cl-H₂O, NaNO₃-H₂O. Явления, связанные с образованием и свойствами эвтектик, известны очень давно. Эвтектики применяются для практических целей. Так, для пайки свинцовых водопроводных труб издавна применяется легкоплавкий припой – третник, состоящий из двух частей олова и одной части свинца, (2 масс. ч. Sn + 1 масс. ч. Pb), очень близкий по составу к эвтектическому сплаву этих металлов.

Эвтектические смеси применяются и для получения искусственного холода, действие которых основано на поглощении теплоты при образовании жидких эвтектик из некоторых солей и снега. Например, смесь шестиводного хлорида кальция со снегом дает понижение температуры до – 50 ⁰С (CaCl₂∙6H₂O+снег; t₃= –50 ⁰С).