דיאגרמת פאזות – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
אין תקציר עריכה |
הקטנת תמונות, ויקיזציה |
||
שורה 1:
[[קובץ:Phase diagram of water.svg|איור 1 - דיאגרמת פאזות של מים. הציר האופקי הוא הטמפרטורה, הציר האנכי הוא הלחץ. האזור הכחול מתאר את הפאזות המוצקות של המים, יכולים להיווצר סוגים שונים של גבישי קרח. האזור הירוק מתאר את הפאזה הנוזלית של המים, האזור הכתום מתאר את הפאזה הגזית של המים (אדים). הקווים התוחמים את האזורים הם קווי הדו-קיום, נקודת החיתוך של שלושת הקווים היא הנקודה המשולשת. בקצה הימיני של קו הדו-קיום בין הפאזה הנוזלית לפאזה הגזית נמצאת הנקודה הקריטית|
'''דיאגרמת פאזות''' היא [[תרשים]] המשמש להצגת פאזות שונות של חומר המתקיימות ב[[שיווי משקל תרמודינמי|שיווי משקל]] כתלות בפרמטרים [[תרמודינמיקה|תרמודינמיים]]. כל [[פאזה (חומר)|פאזה]] בדיאגרמה היא מצב מיקרוסקופי שונה של החומר, ללא שינוי של הרכיבים, המתבטא בתכונות מאקרוסקופיות תרמודינמיות אחידות של החומר.
שורה 15:
ניתן לחשב מראש עבור דיאגרמה של חומר מסוים את מספר הפאזות שניתן לקבל בנקודה מסוימת או לאורך קו בשיווי משקל בהתאם ל[[חוק הפאזות של גיבס]].
=== נקודה קריטית ===
היא נקודה המציינת את הערכים של הפרמטרים התרמודינמיים אשר מן העבר אחד שלהם קיימת הפרדה לפאזות שונות בשיווי משקל ומן העבר השני אין הפרדה בין פאזות. בנקודה זו הערכים התרמודינמיים הם כאלו שבהם אין יותר לאנרגיה החופשית נקודת מינימום שנייה אלא רק אחת ולכן לא תהיה הפרדה לשתי פאזות בשיווי משקל. למשל בדיאגרמת פאזות של מים – הנקודה הקריטית מציינת את הלחץ והטמפרטורה אשר מהם והלאה לא מתקיימות שתי פאזות נפרדות של נוזל וגז אלא פאזה אחת המכונה "זורם" .<ref>P. Papon, J. Leblond, and P.H.E. Meijer, ''The Physics of Phase Transition - Concepts and Applications'' Springer 1999.</ref>
== סוגים של דיאגרמת פאזות ==
שורה 33:
בגרף דו ממדי, שני פרמטרים תרמודינמיים יכולים להוות את שני הצירים – האופקי והאנכי. בנוסף ניתן לצייר גדלים תרמודינמיים אחרים בצורה של סדרת קווים עוקבים כך שכל קו מסמן ערך אחד קבוע של אותו גודל תרמודינמי. הקווים יכולים להיות ישרים או עקומים כתלות בתנאים התרמודינמיים של החומר. למשל בדיאגרמה שבה הצירים הם לחץ ונפח ניתן לצייר קווים שווי טמפרטורה המכונים איזותרמות כמו בדיאגרמה של [[גז ואן דר ואלס]] או קווים שווי-לחץ בדיאגרמה של טמפרטורה מול אנטרופיה כמוצג באיורים (2) (3).
[[קובץ:דיאגרמת פאזות של אדי מים.png
=== דיאגרמת פאזות תלת ממדית ===
[[קובץ:PVT 3D diagram.png|איור 4 - דיאגרמת פאזות תלת ממדית p-v-T (לחץ-נפח-טמפרטורה)|462x462px|ממוזער]]
אפשר להציג דיאגרמת פאזות כתלות בשלושה פרמטרים תרמודינמיים.<ref>''Heat and Thermodynamics'', Mark W. Zemansky, Richard H. Dittman, McGraw-Hill, 6th ed., 1981, Figures 2-3, 2-4, 2-5, 10-10, P10-1, ISBN 0-07-072808-9.</ref><ref>Web applet: [http://biomodel.uah.es/Jmol/plots/phase-diagrams/ 3D Phase Diagrams for Water, Carbon Dioxide and Ammonia]. Described in A. Herráez, R.M. Hanson, and L. Glasser [http://jchemed.chem.wisc.edu/journal/issues/2009/May/abs566.html ''J. Chem. Educ.'' '''86''' (5), 566 (May 2009)].</ref>
{{ש}}
ההיטלים של דיאגרמה תלת ממדית p-v-T , יוצרים תרשימים דו ממדיים אשר מציגים את קווי הדו קיום של כל שתי פאזות שהם ההיטל של מישורי דו קיום מהדיאגרמה התלת ממדית.
[[קובץ:דיאגרמת פאזות תלת מימדית.png|איור 5 - דיאגרמת פאזות תלת ממדית כתלות בנפח, לחץ וטמפרטורה וההיטלים האפשריים לדיאגרמות דו ממדיות|
== דיאגרמת פאזות לפי מספר רכיבים ==
=== דיאגרמת פאזות של חומר המורכב מרכיב אחד ===
[[קובץ:דיאגרמת_פאזות_של_רכיב_אחד.png|איור 6 - דיאגרמת פאזות דו ממדית של חומר המורכב מרכיב אחד כתלות בלחץ ובטמפרטורה. הקו האדום הוא הקו שלאורכו מתקיימות הפאזה המוצק והפאזה הגזית ביחד בשיווי משקל ודרכו מתבצעת ה"המראה". הקו הכחול הוא קו דו-קיום בין הפאזה הנוזלית לפאזה הגזית, בקצהו הימני נמצאת הנקודה הקריטית אשר ממנה והלאה לא מתקיים מעבר פאזה אלא פאזה אחת. הקו הירוק הוא קו דו-הקיום בים הפאזה הנוזלית לפאזה המוצקה, ברוב החומרים הקו בעל שיפוע חיובי, במים קיימת אנומליה ולכן הקו נוזל-מוצק המתאר את המים הוא הקו הירוק המקוטע. נקודת החיתוך בין שלושת קווי הדו-קיום היא הנקודה המשולשת |
דיאגרמת פאזות דו-ממדית טיפוסית של רכיב אחד (חומר המורכב מסוג אחד של מולקולה, כמו למשל מים) מוצגת באיור (6). ניתן לראות שהדיאגרמה מקיימת את חוק הפאזות של גיבס כך שקיימים אזורים של פאזה אחת עם שתי דרגות חופש (לחץ וטמפרטורה), קווי דו-קיום שמאפשרים דרגת חופש אחת, לדוגמה בהינתן ערך מסוים של הלחץ, עקום הדו-קיום יקבע את הטמפרטורה. כמו כן קיימת נקודה משולשת אחת שבה מתקיימות שלוש פאזות בשיווי משקל. לפי חוק הפאזות של גיבס מתקבל כי אין מפגש של יותר משלוש פאזות בשיווי משקל עבור דיאגרמה של חומר מרכיב אחד.
{{ש}}
שורה 62 ⟵ 61:
=== דיאגרמת פאזות בינארית - שני רכיבים ===
דיאגרמת פאזות של חומרים בינאריים, כלומר חומרים המורכבים משני חומרי בסיס כמו סגסוגות. הדיאגרמה מיוצגת לרוב על ידי ציר של החלק היחסי של שני הרכיבים בתערובת למול ציר הטמפרטורה עליו מסומנות טמפרטורות מעבר הפאזה של שני החומרים. תערובת כזו יכולה להיות בין היתר תערובת מוצקה, תערובת אוטקטית או פריטקטית. כל סוג של תערובת בינארית ייצור דיאגרמה שונה.
{{ש}}
עבור מערכת בינארית, חוק הפאזות מקיים f=4-P, כאשר f מספר דרגות החופש ו-P מספר הפאזות, ומאפשר קיומן של עד 4 פאזות בשיווי משקל.
ניתן להציג ביותר משני
==== דיאגרמת פאזות של שני רכיבים בעלי מסיסות מלאה ====
[[קובץ:דיאגרמת_פאזות_של_מסיסות_מלאה.png|frame|איור 7 - דיאגרמת פאזות דו ממדית עבור חומר המורכב משני רכיבים המקיימים מסיסות מלאה. הציר האנכי הוא הטמפרטורה ועליו מסומנות טמפרטורות מעבר הפאזה של שני הרכיבים. הציר האופקי הוא הריכוז היחסי של שני הרכיבים בחומר. באדום מסומנת איזותרמה (קו שווה טמפרטורה) לדוגמה, הקווים הכחולים מציינים את החיתוך בין האיזותרמה לבין העקומים של מעבר הפאזה לקבלת הריכוזים היחסיים של החומר בכל אחת מהפאזות בטמפרטורה הנתונה.]]
{{ש}}
"דיאגרמת סיגר" דיאגרמה המציגה את הפאזות של שני חומרים המקיימים מסיסות מוחלטת אחד בשני. כמוצג באיור (7), הדיאגרמה הדו
ניתן לחשב את החלק היחסי של החומר בכל אחת מהפאזות לפי המשוואה הבאה:
{{ש}}
שורה 88 ⟵ 87:
המבנה הסריגי של שני החומרים צריך להיות זהה, גודל המולקולות של שני החומרים צריך להיות דומה, טמפרטורות ההתכה של שני החומרים צריכות להיות קרובות.
באיור (7) מוצגת דוגמה היפותטית לדיאגרמת פאזות של תערובת שני חומרים 1 ו-2 שאינם [[אזיאוטרופ]]ים כפונקציה של הריכוז היחסי שלהם בתערובת.{{ש}}
האיור יכול לתאר מעבר ממוצק (פאזה B) לנוזל (פאזה A), במקרה זה העקום העליון התוחם את האזור הירוק יהיה "ליקווידוס" והעקום התחתון יהיה "סולידוס".
דוגמה לדיאגרמת מסיסות מלאה של תערובת בינארית היא דיאגרמת נקודת הרתיחה עבור תרכובת כימית של שני חומרים.
{{ש}}
שורה 108 ⟵ 107:
===== סולידוס =====
היא הטמפרטורה שממנה ולמטה החומר יציב במצב מוצק, מנקודה זו יוצא עקום המתאר את הערך המתאים של ריכוז כל אחד מהרכיבים בטמפרטורה נתונה הנמצאת באזור האזור שבו לא מתקיים חומר.<ref>{{cite book|last=Predel|first=Bruno |author2=Hoch, Michael J. R |author3=Pool, Monte |title=Phase Diagrams and Heterogeneous Equilibria : A Practical Introduction|publisher=Springer|isbn=3-540-14011-5}}<!-- Reference 1 covers most of the article.--></ref>
===== ליקווידוס =====
שורה 125 ⟵ 124:
נקודה פריטקטית בדיאגרמת פאזות היא נקודה שמעליה פאזה B נמסה ונוצרת הפרדת פאזות. הדיאגרמה מתקבלת מהתחרות באנרגיה החופשית בין הפאזה הנוזלית לפאזה המוצקה. ישנם חומרים שמקיימים דיאגרמה פריטקטית בלבד לאורך כל טווח הטמפרטורות כמו למשל הסגסוגת Pt-Re . בניגוד לדיאגרמה היוטקטית, בדיאגרמה הפריטקטית קיים מצב נוזלי גם מתחת לנקודת החיתוך של שני עקומי המסיסות.
==== שילוב של מערכות יוטקטיות ====
שורה 137 ⟵ 134:
== סימולציה של דיאגרמת פאזות ==
ניתן לבצע סימולציות של מעברי פאזה על ידי קוד מחשב ושימוש במשוואות דיפרנציאליות חלקיות. ניתן לבנות את הקוד לדוגמה לפי שיטת [[מונטה קרלו]] או לפי שיטת דינמיקה מולקולרית.
== ראו גם ==
| |||