Ограниченная растворимость в одной бинарной системе

Объемная Т-х диаграмма фазового равновесия в трехкомпонентной системе изображается в виде правильной трехгранной призмы, основанием которой служит равносторонний треугольник (рис. 1). Грани призмы представляют собой Т-х диаграмму бинарной системы.

 

 

Рис. 1 Полная диаграмма фазового равновесия в тройной системе.

 

Грань призмы, основанием которой является сторона А-В представляет собой Т-х диаграмму данной бинарной системы. Взаимная растворимость жидкостей А и В возрастает с повышением температуры. Выше точки К эти жидкости неограниченно растворимы друг в друге. Добавление третьего компонента С к бинарной системе А-В приводит к увеличению взаимной растворимости, так что, начиная с некоторой концентрации компонента С, три компонента могут в широком диапазоне составов существовать в виде раствора. Набор изотермических сечений объемной диаграммы показывает, как изменяется взаимная растворимость компонентов при повышении температуры.

Если рассмотреть проекции изотермических сечений объемной диаграммы на плоскость треугольника, то видно, плотность расположения линий на треугольнике составов будет характеризовать крутизну спада поверхности, ограничивающую двухфазную область на объемной диаграмме.

 

Одно из изотермических сечений приведено на рисунке 2.

 

Рис. 2. Изотермическое сечение объемной диаграммы с ограниченной растворимостью компонентов в системе А-С

 

Приведенная на нем кривая bKa разделяет концентрационный треугольник на две области, отличающиеся друг от друга по числу фаз. Около вершины В располагается однофазная область, в которой существует раствор трех компонентов. В концентрационной области, расположенной снизу от кривой в части треугольника составов, прилегающей к стороне А-С, существует две жидкие фазы. Каждая пара точек, характеризующая составы сосуществующих фаз, соединяется линией b ^/ a ^/, которая называется коннодой или соединительной линией. При движении вдоль конноды изменяются относительные количества фаз и состав системы, но остаются неизменными составы сосуществующих фаз.

Относительные количества каждой из фаз могут быть найдены с помощью правила рычага. Например, в смеси, состав которой отвечает точке с^/ количество жидкости, богатой компонентом А, пропорционально отрезку b ^/ c ^/, тогда как количество фазы, богатой компонентом С, пропорционально отрезку c ^/ a ^/. Тогда, в соответствии с правилом рычага, массы сосуществующих фаз двух жидких растворов будут обратно пропорциональны длинам плеч отрезков конноды которую делит точка с^/.

Как видно из рисунка конноды не параллельны стороне треугольника, а также не параллельны друг другу и наклон их систематически изменяется при переходе от одной прямой линии к другой. Вследствие непараллельности коннод критическая точка расслаивания (точка К), как правило, не совпадает с вершиной кривой расслаивания.

Для нахождения составов на кривой расслоения необходимо применять эмпирическое правило Тарасенкова: продолжение коннод соединяющих сопряженные растворы, пересекаются в одной точке с продолжением стороны треугольника на которую опирается область гетерогенности. С этой же точкой пересекается касательная, проведенная к кривой расслаивания в верхней критической точке К. Правило Тарасенкова соблюдается далеко не для всех систем.

К гомогенной и гетерогенной областям трехкомпонентной системы для расчета вариантности системы можно применить правило фаз Гиббса.

В гомогенной области (область лежащая выше кривой расслоения) вариантность системы будет рассчитана:

.

Это означает, что для однозначной характеристики состояния системы необходимо задать концентрации двух компонентов.

В гетерогенной области (область лежащая под кривой расслоения) вариантность системы будет рассчитана:

.

Это означает, что для однозначной характеристики состояния системы необходимо задать содержание только одного из компонентов в одной из двух сосуществующих фаз.

Взаимную растворимость компонентов можно изменять. не только изменяя температуру, но и вводя в систему третий компонент. Добавление третьего компонента может увеличивать или уменьшать взаимную растворимость компонентов бинарной смеси.

Если вводимое вещество растворимо в обоих компонентах. То взаимная растворимость последних увеличивается. А добавка вещества, нерастворимого в одном из компонентов, понижает их взаимную растворимость.

 

Слайд 1.