Решение:
Физико-химический анализ, изучает зависимости между составом и свойствами макроскопических систем, составленных из нескольких исходных веществ (компонентов). Эти зависимости представляют графически, в виде диаграммы состав-свойство. Для выявления закономерностей взаимодействия в системе производят геометрический анализ диаграмм состав-свойство. Этот метод позволяет обнаружить существование соединений, существование которых невозможно подтвердить другими методами анализа. В результате анализа фисических свойств системы строят диаграммы состояния системы. Первоначально исследования в области физико-химического анализа были сосредоточены на изучении зависимостей температур фазовых переходов от состава.
В основе теории физико-химического анализа лежат сформулированные Н.С. Курнаковым принципы соответствия и непрерывности. Принцип непрерывности утверждает, что если в системе не образуются новые фазы или не исчезают существующие, то при непрерывном изменении параметров системы свойства отдельных фаз и свойства системы в целом изменяются непрерывно. Принцип соответствия утверждает, что каждому комплексу фаз соответствует определённый геометрический образ на диаграмме состав-свойство.
Преимущество физико-химического анализа как метода исследования заключается в том, что он не требует выделения продукта химического взаимодействия компонентов из реакционной смеси, вследствие чего метод позволяет исследовать химические превращения в растворах, сплавах (особенно металлических), стеклах и т. п. объектах, которые практически невозможно исследовать с применением классических для химии препаративно-синтетических методов.
|
|
Среди хим. диаграмм особое место занимают диаграммы плавления (плавкости), диаграммы растворимости, диаграммы давления пара, которыерые являются вариантами диаграммы состояния.
Важное практическое значение имеют методы, основанные на исследовании испускания и поглощения электромагнитного излучения в различных областях спектра. К ним относится спектроскопия (например, люминесцентный анализ, спектральный анализ, нефелометрия и турбидиметрия и другие). К важным физико-химическим методам анализа принадлежат электрохимические методы, использующие измерение электрических свойств вещества (кондуктометрия, кулонометрия, потенциометрия и т. д.), а также хроматография (например, газовая хроматография, жидкостная хроматография, ионообменная хроматография, тонкослойная хроматография). Успешно развиваются методы, основанные на измерении скоростей химических реакций (кинетические методы анализа), тепловых эффектов реакций и др.
Особое распостранение физико-химический анализ преобрел в исследовании сплавов и конструкционных материалов.
Хотя для построения диаграмм состояния есть много методов, один из наиболее распостраненных – построение кривых плавления.
Приведенный ниже рисунок показывает дааграмму двохкомпонентной системы (рис. а) а также несколько соответствующих ей кривых плавления (рис. б). Кривая плавления А соответствует чистому компоненту А. Кривая I соответствует сплаву состава I (приблизительно 70 массовых частей компонента А и 30 массовых частей компонента В). Кривая II соответствует сплаву состава II (приблизительно 30 массовых частей компонента А и 70 массовых частей компонента В).
|
|
На графике плавления по горизонтальной оси откладывают время, а по вертикальной оси – температуру расплава, который охлаждается. Смесь компонентов расплавляют, нагревают до определенной температуры и начинают охлаждать, записывая температуру. Если бы не происходило при охлаждении расплава никаких превращений то кривая плавления была бы плавной без перегибов и полочек. В действительности же, при температуре начала кристаллизации одного из компонентов на кривой плавления наблюдается изгиб, при температуре эвтектического превражения наблюдается полочка (горизонтальный участок). Это связано с тем, что кристаллизация компонента или эвтектической смеси сопровождаются выделением тепла, вследствие чего пока это тепло выделяется сплав медленнее охлаждается иле не охлаждается вовсе. Когда кристаллизация закончилась, тепло больше не выделяется и сплав дальше начинает плавно охлаждаться. Температуры кристаллизации и температуры фазовых превращений переносят с кривой плавления на диаграмму состояния (на рисунке показано пунктирными линиями). Чтобы построить диаграмму состояния надо исследовать как минимум несколько кривых плавления с разным соотношением компонентов смеси, а также кривые плавления чистых компонентов. Чем больше кривых плавления построить – тем точнее будет диаграмма состояния.
