Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Так, например, прн некоторой температуре г~ (рис. !Х.7, в) расплав А+ В представляет собой однородную жидкую фазу независимо от концентрации компонентов в определенных пределах ее изменения (вплоть до точки а на линии ликвидуса, отвечающей приблизительно 73% А+27%В), т. е. при температуре г~ в жидком расплаве может быть !00% А, 98% А, 90% А, 88% А и т. д. Когда концентрация компонента А в смеси А-)-В равна примерно 73%, в системе при температуре начинается процесс кристаллизации, появляется твердая фаза, состав которой отвечает точке Ь иа кривой солидуса (30 % А «- 70 % В).
Итак, при любой концентрации компонента А в жидкой фазе (в пределах 30 — 73%) расплав А+В при температуре г~ распадается на две фазы: жидкую — состава, отвечающего точке а, и твердую — состава, отвечающего точке Ь. Если же в смеси А+В концентрация компонента А меньше 30% (вплоть до 0%), то при температуре 6 эта смесь — однородный твердый сплав с содержанием компонента В от 70 до !00 ог Твердые растворы. Диаграмма плавкости, представленная на рис. 1Х.7, в, соответствует неограниченной растворимости одного металла в другом как в жидкой фазе (расплаве), так и в твердой (сплаве).
Подобные сплавы называются твердыми растворами с неограниченной растворимостью, Образованию сплавов, являющихся твердыми растворами, способствует близость химических свойств металлов, их атомных радиусов и типа кристаллической структуры. Например, твердые растворы с неограниченной растворимостью образуют золото с серебром. ъ,т ь.
гг Рис. !Хд. диаграмма плавкости сплава типа «механическая смесь компонентов А и В» Механическая смесь компоиен- "гЬ тов. Эвтектический сплав. На рис. 1 1Х.8 представлена диаграмма плавхгиипггус кости сплава, являющегося механической смесью, состоящей из кристаллов компонента А и кристаллов —,, Л компонента В. В жидкой фазе (расплане) один металл неограниченно растворяется в другом, но в твердой фазе (сплаве) они не образуют твердых растворов. На этой диаграмме есть пять областей; область 1, отвечающая однородной жидкой фазе (расплаву компонентов А+ В, Ф= !), и области гг*,о1, УУ и У, отвечающие неоднородным двухфазным состояниям системы (Ф=2); П вЂ” твердая фаза компонента А+жидкая фаза расплава А+В; !г) — твердая фаза компонента В+жидкая фаза расплава А+В; )У твердая фаза компонента А, вкрапленная в сплав эвтектнческого состава (см.
ниже); У вЂ” твердая фаза компонента В, вкрапленная в сплав эвтектического состава. На кривой ликвидуса имеется резкий минимум (точка а), отвечающий 1=1ь и примерно 15% компонента А и 85 % компонента В в смеси. Система состоит из трех равновесных фаз (Ф=3): одной жидкой (расплав А+В) и двух твердых (кристаллы А и кристаллы В).
Однородный расплав А+В (любая точка однофазной области) можно рассматривать как ненасыщенный раствор компонентов (А в В или В в А). Так, например, в точке Ь жидкая фаза состоит из 20% В и 80 %А и является ненасыщенным раствором компонента А в' компоненте В. При охлаждении этого расплава (по вертикали) до температуры 1т обнаруживается выделение кристаллов компонента А. При этой температуре раствор становится насыщенным относительно металла А. Поскольку в процессе кристаллизации компонент А выделяется из расплава, жидкая фаза обогащается компонентом В в соответствии с кривой ликвидуса.
Одновременно снижается температура кристаллизации. Все это происходит до тех пор, пока состав расплава и температура кристаллизации не достигнут минимума а на кривой ликвидуса. Расплав такого состава (эвтектический состав) насыщен и по компоненту А, и по компоненту В и поэтому затвердевает полностью. Температура )ь при которой происходит затвердевание, называется эвтектической точкой. Это самая низкая температура, при которой еще может существовать жидкая смесь А+В.
Сплав, содержащий !5 % А и 85 % В, называют эвтектическим; он представляет собой механическую смесь кристаллитов металлов А и В. При микроскопическом анализе такого сплава оба металла видны в форме хорошо различимых пластинок или слоев. Если в исходной жидкой фазе содержание компонента А более 15 %, под микроскопом видны отдельные кристаллы А, которые выделяются при затвердевании первыми, окруженные кристаллизующейся позже эвтектикой. Если же содержание А в исходной жидкости менее 15 ош то в массе эвтектики видны первичные кристаллы В.
Согласно правилу фаз (см. $ Ч.8) при К=2 (А и В) и л=( (температура) число степеней свободы системы уменьшается при увеличении количества фаз. Соответственно при Ф=! система бивариантна, при Ф = 2 — моновариантна, а при Ф= 3 — инвариантна (С=2-1-1 †3). Это означает, что в однофазной области можно изменять как температуру, так и концентрацию без появления или исчезновения какой-либо фазы. Вдоль обеих ветвей линии ликвидуса и внутри каждой области на диаграмме, отвечающей двум фазам, система имеет одну степень свободы, т. е.
если задана температура, то ей соответствует точно определенная концентрация компонентов в расплаве, и наоборот, если задана концентрация расплава, то точно известно, при какой температуре начнется процесс кристаллизации. Наконец, эвтектическая точка, отвечающая отсутствию степеней свободы, точно фиксирует условия (температуру и состав) сосуществования в системе трех фаз. К числу сплавов, образующих эвтектику, принадлежат сплавы свинца с сурьмой, кадмия с висмутом, олова со свинцом*. Эвтектический состав сплава свинца с сурьмой: 13 оо 5Ь и 87 о' РЬ; т. пл.
246 'С, в то время как т. пл. сурьмы 630 'С, а свинца 327 'С. Отсюда и применение сплавов свинца с сурьмой в качестве легкоплавких припоев (80 — 60 о' РЬ, до 2,5 ЩЬ, остальное 5п). Эвтектический сплав 5п — РЬ состоит из 26,1 Я РЬ и 73,9 5п; т. пл. 183,3 'С. Сплав олова со свинцом (90 — 50 $ 5п, остальное РЬ) тоже применяют как припой. Эвтектические сплавы олова и свинца широко используются как типографские и подшипниковые сплавы. Сплавы типа эвтектических образуются, как правило, металлами, довольно близкими по своей природе, но имеющими различные формы кристаллических решеток. Так, олово и свинец— металлы главной подгруппы 1'хг группы периодической системы элементов, но олово кристаллизуется в тетрагональной решетке с октаэдрической координацией атомов, а свинец — в гранецентрнрованной кубической решетке. Химические соединения.
Металлы, имеющие чаще всего несходную химическую природу и заметно отличающиеся по электроотрицательностям (например, Мд и 5Ь или Мд и РЬ), образуют сплавы, относящиеся к химическим соединениям. Кривая ликвидуса на диаграмме плавкости подобного сплава (рис. 1Х.9) имеет не менее одного максимума (точка а)ав. Максимум на диаграм- * В последнем сплаве металлы частично растворяются друг в друге в твердом состоянии, что усложняет вид диаграммы плавкостн.
аа Число максимумов на кривой ликвидуса определяется количеством возможных химнческик соединений между компонентами А н В. Так, Ха н РЬ образуют четыре химических соединения: ХачРЬ, ХагРЬ, ХаРЬ, ХагРЬз. 2зз с м ф сз Рис. 1Х.э. Анаграмма плавности типа «химическое соединение» ме плавкости означает, что в систе00пззпз ~ 0 ме образуется химическое соедииеиие. Так, в системе Мй — 8Ь максимум иа кривой ликвидуса отвечает 000 температуре плавления образовав- шегося химического соединения ЬЗ0 Мкз8Ьз. Ь 500 Диаграммы плавкости этого типа представляют собой как бы сочетаиие двух эвтектических диаграмм (см, рис, 1Х.8). Минимумы иа кривой ликвидуса (точки Ь и с иа рис. 1Х.9) соответствуют эвтектикам, образованным в системах Мд — Мпз8Ьз и МазБЬт — 8Ь.
Химические соединения металлов друг с другом называют также иитерметаллическими соединениями. Оии имеют обычно сложную кристаллическую структуру, отличную от структур исходных металлов. Свойства этих соединений также существенно отличаются от свойств исходных металлов. Так, кристаллы иитерметаллических соединений почти всегда хрупки, характеризуются низкими значениями электрической проводимости и теплопроводиости. Все это подтверждает смешанные межатомиые связи в кристаллах (металлическую, ковалеитиую и ионную).
Многие иитерметаллические соединения отличаются высокими теплотами образования и химической стойкостью. В дополнение к термическому анализу часто проводят микроскопическое исследование. Суть этого метода состоит в том, что механическим шлифованием и полированием достигается зеркальиая поверхность образца, которую изучают под микроскопом после обработки травителем. Травитель выбирается так, чтобы ои растворял преимущественно один компонент сплава. Выявленная таким образом структура сплава имеет определениый вид для каждого взаимодействия металлов между собой.
Реитгеиоструктуриый анализ — это метод исследования внутреиией структуры кристаллов; с его помощью определяют расстояния между соседними атомами в кристаллической решетке металлов и устанавливают тия кристаллической решетки. Ь <хл. двояныв соединения Двойными иазывают двухэлемеитиые соединения типа гидридов, оксидов и т. п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
