نمودار فازی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

استفاده از نمودارهای فازی یک روش متداول برای ثبت اطلاعات مربوط به فازهای مواد و استفاده از آنهاست. یک نمودار تعادل فازی، نمایش گرافیکی داده‌هاست که اطلاعات مهمی را در مورد ترکیبات تکی یا چند جزئی بدست می‌دهد.دیاگرام های فازی (Phase Diagram) نقشه های راهنمایی هستند که به کمک آن ها تشکیل و پایداری فاز های مختلف بررسی می شوند.نمودار های فازی در شرایط تعادلی بدست می ایند بنابر این نمودار های فازی ارتباط فازها را در شرایط تعادل نشان می دهند.تحت شرایط تعادل با گذشت زمان تغییری در فازها رخ نمی دهد.[۱]

توجه شود که شرایط تعادل با گرم یا سرد کردن بسیار کند و ارام امکان پذیر است.


فاز همان حالت ماده میباشد که در ویژگی های فیزیکی با هم تفاوت دارند و با استفاده از تغییرات فیزیکی مانند چگالی و سطوح و زبری و انعکاس نور و الگوی پراش میتوان فازها را از هم شناسایی کرد.مخلوط چند گاز یک فاز را تشکیل می دهد زیرا گازها به طور کامل در یکدیگر حل میشوند اما مایعات و جامدات به طور کامل در یکدیگر حل نمیشوند و مخلوط انها چند فاز تشکیل می دهد.


قانون فازها[ویرایش]

قانون فاز ها به شکل زیر تعریف میشود:

F+P=C+1

در عبارت قانون فاز ها,Fتعداد درجات ازادی,Pتعدادفاز های در حال تعادل,Cتعداد اجزای سازنده ی سیستم می باشد که یک جز میتواند یک عنصر,یک ماده مرکب و یا یک محلول جامد باشد.


اطلاعات موجود در نمودار فازی[ویرایش]

  • دمای ذوب هر ترکیب خالص
  • میزان کاهش دمای ذوب هنگام ترکیب دو یا چند ماده
  • وجود و میزان حلالیت در محلول‌های جامد
  • اثر دما بر روی میزان حلالیت
  • دمای استحاله‌های پلی‌مورفیک
  • وجود مایعات (مذاب‌هایی) که در یکدیگر حل نمی‌شوند (ناحیهٔ عدم امتزاج)

نمودارهای تک جزئی (تکی)[ویرایش]

این نمودارها پایداری فازی مواد خالص را نشان می‌دهند. متغیرهای موجود دراین نمودارها: دما، فشار و حجم هستند. پس ۳ متغیر در این نمودارها وجود دارد. یک نمونه از این نمودارها در شکل ۱ نشان داده شده است.

شکل شماره ۱ - نمودار فازی تک‌جزئی

با تصویر کردن این نمودار سه‌بعدی بر روی یکی از صفحات مختصات دکارتی، می‌توان یک نمودار صفحه‌ای بدست آورد. گرچه در این حالت مقداری از اطلاعات موجود در نمودار از دست می‌رود ولی بررسی آن بر روی کاغذ ساده‌تر می‌شود؛ که معمولاً از نمودار P-V یا P-T به این منظور استفاده می‌شود.

شکل شماره ۲ نحوهٔ تصویر کردن نمودار فازی PVT را بر روی صفحهٔ PT نشان می‌دهد.

شکل شماره ۲ - نمودار PT

پیکان موجود در نمودار فضایی شکل ۲، جهت دید ناظر را نشان می‌دهد.[۲]

نمودار ها[ویرایش]

در نمودار های فازی دما بر حسب سانتیگراد یا فارنهایت روی محور عمودی و ترکیب شیمیایی بر حسب درصد وزنی روی محور افقی نشان داده میشود.در نمودار های فازی ,ترکیب شیمیایی بر حسب درصد وزنی روی محور افقی از صفر تا صد درصد نشان داده میشود. در علم مواد نمودار های مهمی در رابطه با ترکیب های فازی مختلفی وجود دارد که در زیر به انها اشاره خواهیم کرد.[۳]

اجزایی که در حالت مایع کاملا در هم محلولند[ویرایش]

در حالت جامد کاملا محلولند[ویرایش]

در این حالت دو فلز در حالت جامد کاملا در هم حل میشوند.نمودار فازی در این حالت به شکل زیر می باشد.

نکات مهم در رابطه با این نمودار عبارتند از:

  • خط گداز
  • خط انجماد
  • محدوده مذاب,محلول جامد و ترکیب این دو
  • نقطه انجماد و ذوب
Boiling-point diagram

در حالت جامد کاملا نامحلول اند(یوتکتیک)[ویرایش]

در این حالت دو فلز در حالت مذاب کاملا در هم محلول هستند ولی در حالت جامد کاملا نامحلول هستند.حالت نامحلول را اینگونه فرض میکنیم که حلالیت خیلی کم است.نمونه ای از این حلالیت در شکل زیر که مربوط به بیسموت-کادمیوم و سیلیسیم-آلومینیوم است در شکل زیر نشان داده شده است.

A phase diagram for a binary system displaying a eutectic point.

در نقطه یوتکتیک,مذاب تبدیل به دو جامد میشود یعنی فاز L تبدیل به S1,S2 میشود. به الیاژ سمت چپ نقطه یوتکتیک ,هیپو یوتکتیک و به الیاژ سمت راست ان الیاژ هایپر یوتکتیک می گویند.

در حالت جامد مقداری محلولند(یوتکتیک)[ویرایش]

در این حالت دو فلز در حالت مذاب کاملا محلول بوده و در حالت جامد به طور مختصر در یکدیگر محلول هستند. توجه شود که سیستم یوتکتیک فوق در میان سیستم ها حداکثر استحکام را دارد.

یک فاز میانی با ذوب متجانس تشکیل می دهند[ویرایش]

هنگامی که فازی در شرایط هم دما به فاز دیگری تبدیل شود و هیچگونه تغییر شیمیایی در ترکیب رخ ندهد گفته می شود که تغییر فاز متجانس یا تحول متجانس رخ داده است . تمام فلزات خالص به صورت متجانس منجمد میشوند.

واکنش پری تکتیک[ویرایش]

در واکنش پری تکتیک به هنگام سرد کردن یک مذاب و بک جامد به طور همزمان واکنش می دهند تا جامد جدیدی بدست اید.این واکنش یک واکنش دما ثابت بوده است و الیاژ ها دو فازی هستند.

اجزایی که در حالت مذاب مقداری محلولند(منوتکتیک)[ویرایش]

در این حالت دو فاز مذاب که تا حدودی در هم حل میشوند و تشکیل یک مذاب جدید و یک جامد می دهد.

اجزایی که در حالت مذاب و جامد نامحلول اند[ویرایش]

این قسمت کامل کننده بررسی فازهای اساسی یا نمودار های تعادلی است که شامل حالت های مذاب و جامدند.

تبدیل ها و تحول ها در حالت جامد[ویرایش]

تغییرات تعادلی و واکنش های متعددی وجود دارند که همگی در حالت جامد رخ می دهند. این تحول ها شمال چهار نوع جداگانه میباشند که در زیر به انها اشاره میکنیم:

تغییرات آلوتروپیک[ویرایش]

درباره فلزات و ساختار های بلوری برخی فلز ها وابسته به دما ممکن است که بیش از یک ساختار بلوری داشته باشند.این خاصیت را آلوتروپی می گویند.تحول آلوتروپیک را به صورت نقطه یا نقاطی بر خط عمودی مشخص میکنند.اهن و قلع و منگنز از این دسته فلز ها میباشند.

منظم و نامنظم[ویرایش]

در هنگام تشکیل یک محلول جامد اگر اهسته سرد شوند,اتم های حل شده به محل های معینی در شبکه حرکت میکنند,این ساختار را محلول جامد منظم گویند ولی اگر محلول جامد فرصت سرد شدن نداشته باشد اتم های حل شونده به صورت اتفاقی در ساختار شبکه حلال پخش میشوند در این صورت میگویند الیاژ در شرایط نامنظم قرار دارد.

واکنش یوتکتویید[ویرایش]

این واکنش شباهت زیادی به واکنش یوتکتیک دارد با این تفاوت که در این واکنش مذاب حضور ندارد و واکنش در حالت جامد میباشد.در این وامنش یک جامد به دو جامد تبدیل میشود.

واکنش پری تکتویید[ویرایش]

واکنش پری تکتویید از ترکیب دو جامد و تشکیل دو جامد دیگر حاصل میشود.این تحول از جمله تحولات در حالت جامد میباشد.

منابع[ویرایش]

  • مضطرزاده، فتح‌الله - مارقوسیان، واهاک - صلاحی، اسماعیل، درآمدی بر تعادل فازی در سرامیک‌ها، انتشارات دانشگاه علم و صنعت ایران، ۱۳۷۸.
  • Web applet: 3D Phase Diagrams for Water, Carbon Dioxide and Ammonia. Described in Glasser, Leslie; Herráez, Angel; Hanson, Robert M. (2009). "Interactive 3D Phase Diagrams Using Jmol". Journal of Chemical Education. 86 (5): 566. doi:10.1021/ed086p566.

Jump up ^

  • Chandrasekhar, Sivaramakrishna (1992). Liquid Crystals (2nd ed.). Cambridge University Press. pp. 27–29, 356. ISBN 0-521-41747-3

منابعی برای مطالعهٔ بیشتر[ویرایش]

  • صادقی، سید محمد علی، تعادل فازها در محیط حلال آب، نشر دانشگاه هرمزگان، ۱۳۷۸.

قوانین و مفاهیم مرتبط[ویرایش]