Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 5: Διαγράμματα φάσεων και ελεύθερη ενέργεια Gibbs. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Σχετικά έγγραφα
Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 4: Θερμοδυναμική και Κινητική της Δομής. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

4. Θερμοδυναμική κραμάτων και διαγράμματα ισορροπίας των φάσεων

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 3: Στερεά διαλύματα και ενδομεταλλικές ενώσεις. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

ΜΕΛΕΤΗ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ ΦΑΣΕΩΝ

Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Μεταλλικών Υλικών

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 6: Διάχυση. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Σημειώσεις για το μάθημα Μεταλλουργία I Μανώλης Γεωργάτης- Αλέξανδρος Καράντζαλης 1 Θερμοδυναμική και διαγράμματα φάσεων

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υλικών Διαγράμματα Φάσεων Callister Κεφάλαιο 11, Ashby Οδηγός μάθησης Ενότητα 2

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 10: Ισορροπίες φάσεων. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΦΑΣΕΩΝ ΑΠΟ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ

Επιστήμη των Υλικών. Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Τμήμα Φυσικής

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 8: Μετασχηματισμοί φάσεων στους χάλυβες. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 11: Μεταπτώσεις πρώτης και δεύτερης τάξης. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών

ΥΔΡΟΧΗΜΕΙΑ. Ενότητα 4: Θερμοδυναμικά δεδομένα. Ζαγγανά Ελένη Σχολή: Θετικών Επιστημών Τμήμα : Γεωλογίας

Η Δομή των Μετάλλων. Γ.Ν. Χαϊδεμενόπουλος, Καθηγητής

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΛΙΚΩΝ ΟΜΑΔΑ O9-2017

ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ ΣΙΔΗΡΟΥ Ι Μεταλλουργία Σιδήρου Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Τμήμα Μηχανικών Μεταλλείων - Μεταλλουργών

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΛΙΚΩΝ ΟΜΑΔΑ O

ΤΕΧΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ( ) (Βαρύτητα θέματος 25%)

Διαγράμματα φάσεων-phase Diagrams

ΜΑΓΔΑΛΗΝΗ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Μεταλλικών Υλικών

Φάση ονοµάζεται ένα τµήµα της ύλης, οµοιογενές σε όλη την έκτασή του τόσο από άποψη χηµικής σύστασης όσο και φυσικής κατάστασης.

Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Δομικών Υλικών

Επιστήμη και Τεχνολογία Συγκολλήσεων

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Μεταλλικών Υλικών

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 14: Χημική ισορροπία

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 6: Εντροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Εντροπία Ελεύθερη Ενέργεια

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Ενότητα 5: Παράδειγμα 1. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΛΙΚΩΝ ΟΜΑΔΑ O

Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ Ενότητα : Ισορροπίες φάσεων, διαλυτότητα

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Ενότητα 2: Αγωγή. Χατζηαθανασίου Βασίλειος Καδή Στυλιανή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 8: Θερμοχωρητικότητα Χημικό δυναμικό και ισορροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Χημεία. Ενότητα 14 η : Χημική Ισορροπία Αναπλ. Καθηγητής: Γεώργιος Μαρνέλλος Διδάσκοντες: Ε. Τόλης. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 15: Διαλύματα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΛΙΚΩΝ ΟΜΑΔΑ O

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Ενότητα Α: Γραμμικά Συστήματα

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 2: Κρυσταλλική Δομή των Μετάλλων. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

Χημική Τεχνολογία. Ενότητα 4: Ογκομετρική Ανάλυση. Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

Θερμοδυναμική Ενότητα 7:

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

ΜΑΘΗΜΑ: Τεχνολογία Μετρήσεων ΙΙ

Περιβαλλοντική Χημεία

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΙΙ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 2: Θερμοδυναμικές συναρτήσεις. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

ΙΙ» ΜΑΘΗΜΑ: «ΧΗΜΕΙΑ. Διδάσκουσα: ΣΟΥΠΙΩΝΗ ΜΑΓΔΑΛΗΝΗ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΕΞΑΜΗΝΟ (ΕΑΡΙΝΟ)

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΛΟΓΟΥΣ

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Ενότητα 6: Παράδειγμα Κύκλου με αναθέρμανση. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 1: Συναρτήσεις και Γραφικές Παραστάσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

14. ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

Επιστήμη και Τεχνολογία Συγκολλήσεων. Ενότητα 1: Εισαγωγή Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 4: Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΛΛΟΓΝΩΣΙΑΣ ΚΑΙ ΥΛΙΚΩΝ ΑΣΚΗΣΗ 3: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΦΑΣΕΩΝ ΚΡΑΜΑΤΩΝ ΟΜΑΔΑ 12

Για αραιά διαλύματα : x 1 0 : μ i = μ i 0 RTlnx i χ. όπου μ i φ =μ i 0 χ

Ανάλυση Τροφίμων. Ενότητα 4: Θερμοχημεία Χημική Ενέργεια Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ακαδημαϊκό Έτος

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 6: ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

Εισαγωγή στην πυρηνοποίηση. Ομο- & ετερογενής πυρηνοποίηση: αρχικά στάδια ανάπτυξης υλικών ή σχηματισμού νέας φάσης.

Τμήμα Χημείας Μάθημα: Φυσικοχημεία Ι Εξέταση: Περίοδος Ιουνίου (21/6/2017)

Πετρολογία Μαγματικών & Μεταμορφωμένων μ Πετρωμάτων Μέρος 1 ο : Μαγματικά Πετρώματα

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

Μαθηματικά. Ενότητα 6: Ασκήσεις Ορίων Συνάρτησης. Σαριαννίδης Νικόλαος Τμήμα Λογιστικής και Χρηματοοικονομικής

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

ΜΑΘΗΜΑ: Περιβαλλοντική Γεωχημεία

TΟ ΙΑΓΡΑΜΜΑ Fe-C ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ. ΕΙ Η ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ Fe-C

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Χημεία. Ενότητα 13 η : Χημική Κινητική Αναπλ. Καθηγητής: Γεώργιος Μαρνέλλος Διδάσκοντες: Ε. Τόλης. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Μετάδοση Θερμότητας

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Γεωργικά Φάρμακα ΙΙΙ

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 6: Ακρότατα Συνάρτησης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Επιστήμη και Τεχνολογία Συγκολλήσεων. Ενότητα 9: Θραύση και κόπωση συγκολλήσεων Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Τεχνολογία Παραγωγής Τσιμέντου και Σκυροδέματος

Επιστήμη και Τεχνολογία Συγκολλήσεων. Ενότητα 4: Παραμένουσες Τάσεις Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Φυσικοί μετασχηματισμοί καθαρών ουσιών

Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας,

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

Κατασκευή θερμικού διαγράμματος ισορροπίας διμερούς κράματος Α,Β σύνθετου ευτηκτικού τύπου. Οδηγίες για την κατασκευή του διαγράμματος

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

Transcript:

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ Ενότητα 5: Διαγράμματα φάσεων και ελεύθερη Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Σκοποί ενότητας Να περιγράψουμε την ελεύθερη ενέργεια των καθαρών μετάλλων, των στερεών διαλυμάτων και των ενδομεταλλικών ενώσεων Να κατανοήσουμε τις έννοιες της ενθαλπίας και εντροπίας ανάμειξης για τον σχηματισμό ενός στερεού διαλύματος Να κατανοήσουμε την έννοια του χημικού δυναμικού Να περιγράψουμε την κατασκευή των διαγραμμάτων φάσεων από τα αντίστοιχα διαγράμματα ελεύθερης ενέργειας 4

Περιεχόμενα 1. Περιοχές διαγράμματος φάσεων 2. Ελεύθερες ενέργειες 3. Ελεύθερη ενέργεια καθαρών μετάλλων 4. Ελεύθερη ενέργεια στερεών διαλυμάτων 5. Ελεύθερη ενέργεια ανάμειξης ανάμειξης 6. Επίδραση της ΔΗm και της θερμοκρασίας 7. Γραφική παράσταση ελεύθερης ενέργειας 8. Χημικό δυναμικό 9. Συνθήκες θερμοδυναμικής ισορροπίας μεταξύ δύο φάσεων Κοινή εφαπτομένη 10. Κατασκευή απλού διαγράμματος φάσεων 11. Κατασκευή διαγράμματος φάσεων με ευτηκτικό σημείο 12. Αμετάβλητες Αντιδράσεις 5

Ενότητα 6: Διαγράμματα φάσεων και ελεύθερη

Περιοχές διαγράμματος φάσεων 1 (1) 2 4 1 5 6 3 Το διάγραμμα φάσεων είναι ένας χάρτης που για κάθε θερμοκρασία και σύσταση κράματος δείχνει από ποιές φάσεις αποτελείται το κράμα σε θερμοδυναμική ισορροπία. Με άλλα λόγια ποιές φάσεις ή συνδυασμός φάσεων ελαχιστοποιούν την ελεύθερη, G. Περιοχή 1: Η G ελαχιστοποιείται όταν το κράμα είναι 100% υγρό (L) Περιοχή 2: Η G ελαχιστοποιείται όταν το κράμα είναι 100% φάση α Περιοχή 3: Η G ελαχιστοποιείται όταν το κράμα είναι 100% φάση β Περιοχή 4: Η G ελαχιστοποιείται όταν το κράμα είναι μίγμα φάσεων α+l Περιοχή 5: Η G ελαχιστοποιείται όταν το κράμα είναι μίγμα φάσεων β+l Περιοχή 6: Η G ελαχιστοποιείται όταν το κράμα είναι μίγμα φάσεων α+β 7

Ελεύθερες ενέργειες 2 (1) Στα καθαρά μέταλλα η ελεύθερη ενέργεια είναι συνάρτηση μόνο της θερμοκρασίας, π.χ. G A = G A (T) Στις στοιχειομετρικές ενδομεταλλικές ενώσεις, η ελεύθερη ενέργεια είναι συνάρτηση μόνο της θερμοκρασίας, π.χ. για σεμεντίτη G Fe3C = G(T) Στα στερεά διαλύματα η ελεύθερη ενέργεια είναι συνάρτηση τόσο της θερμοκρασίας όσο και της σύστασης, π.χ. για τη φάση α G a = G(T, X B ) 8

Ελεύθερη ενέργεια καθαρών μετάλλων 3 (1) Όταν γνωρίζουμε την εξάρτηση της ειδικής θερμότητας από την θερμοκρασία μπορούμε να υπολογίσουμε την ελεύθερη ενέργεια G(T) H = S = T 298 0 T C p dt C p T dt G = H TS Σημείωση για τα όρια ολοκλήρωσης Για Τ=298Κ έχουμε Η=0 βάσει συμβάσεως Για Τ=0 έχουμε S=0 9

Ελεύθερη ενέργεια καθαρών μετάλλων 3 (2) Μεταβολή των Cp, H, S και G με την θερμοκρασία για ένα καθαρό μέταλλο 10

Ελεύθερη ενέργεια καθαρών μετάλλων 3 (3) Μετασχηματισμός φάσης σε καθαρό μέταλλο Μεταβολή της ενθαλπίας (Η) και της ελεύθερης ενέργειας (G) της στερεάς και της υγρής φάσεως ενός καθαρού μετάλλου με την θερμοκρασία. L είναι η λανθάνουσα θερμότητα τήξεως και Τm η θερμοκρασία τήξεως Στο σημείο τήξεως οι καμπύλες ελεύθερης ενέργειας του στερεού και τού υγρού διασταυρώνονται. Για T<Tm χαμηλότερη G έχει το στερεό, ενώ για T>Tm χαμηλότερη ελεύθερη ενέργεια έχει το υγρό. 11

Ελεύθερη ενέργεια καθαρών μετάλλων 3 (4) Ελεύθερη ενέργεια καθαρού σιδήρου Μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας των φάσεων του α-fe (BCC), γ-fe (FCC) και υγρού (L) στον καθαρό σίδηρο με την θερμοκρασία. Στα σημεία που οι καμπύλες διασταυρώνονται συμβαίνουν μετασχηματισμοί φάσεων Στους 910 ο C : BCC FCC Στους 1400 ο C : FCC BCC Στους 1539 ο C : BCC L (τήξη) 12

Ελεύθερη ενέργεια στερεών διαλυμάτων 4 (1) Πριν την ανάμειξη Μετά την ανάμειξη Ελεύθερη ενέργεια ανάμειξης G 1 = X A G A + X B G B G 2 = G 1 + ΔG m ΔG m = ΔH m TΔS m 13

Ελεύθερη ενέργεια ανάμειξης ανάμειξης 5 (1) Σε ένα στερεό διάλυμα Α-Β, υπάρχουν δεσμοί Α-Α, Β-Β και Α-Β. Η ενθαλπία ανάμειξης εξαρτάται από την διαφορά της ενέργειας του ετεροειδούς δεσμού Α- Β από τον μέσο όρο των ενεργειών των ομοειδών δεσμών Α-Α και Β-Β. Αυτή η διαφορά εκφράζεται με την παράμετρο Ω. Ω = ZN H AB H AA + H BB 2 Η ενθαλπία ανάμειξης είναι τότε ΔH m = ΩX A X B Η εντροπία ανάμειξης είναι Το πρόσημο της ενθαλπίας ανάμειξης εξαρτάται από το πρόσημο του Ω ΔS m = R(X A lnx A + X B lnx B Η ελεύθερη ενέργεια ανάμειξης είναι ΔG m = ΩX A X B + RT X A lnx A + X B lnx B 14

Επίδραση της ΔΗm και της θερμοκρασίας 6 (1) Επίδραση της ενθαλπίας αναμείξεως ΔHm και της θερμοκρασίας στην ελεύθερη ενέργεια αναμείξεως ΔGm για τον σχηματισμό στερεού διαλύματος Για ΔΗm<0 και ΔΗm=0 έχουμε πλήρη στερεά διαλυτότητα στη συγκεκριμένη θερμοκρασία Για ΔΗm>0 ο σχηματισμός του στερεού διαλύματος εξαρτάται από τη θερμοκρασία Σε υψηλή Τ: υπερτερεί ο όρος ΔSm και έχουμε πλήρη στερεά διαλυτότητα Σε χαμηλή Τ: διαχωρισμός του διαλύματος σε δύο φάσεις (στερεά διαλύματα) 15

Γραφική παράσταση ελεύθερης ενέργειας 7 (1) Πριν την ανάμειξη Μετά την ανάμειξη Γραφικές παραστάσεις ελεύθερης ενέργειας (α) πριν την ανάμειξη G1 και μετά την ανάμειξη G2 όταν (β) ΔHm > 0 και η θερμοκρασία είναι υψηλή και (γ) ΔHm >0 και η θερμοκρασία είναι χαμηλή 16

Χημικό δυναμικό 8 (1) Το χημικό δυναμικό ενός συστατικού μας δείχνει πως επιδρά η σύσταση στην ελεύθερη ενέργεια m A (X A ) = G X A Για σταθερή πίεση και θερμοκρασία m B (X B ) = G X B Τα χημικά δυναμικά των συστατικών σε ένα στερεό διάλυμα εξαρτώνται από τη σύσταση και ορίζονται από τα σημεία τομής της εφαπτομένης με τους κάθετους άξονες. 17

Χημικό δυναμικό 8 (2) Χημικό δυναμικό και θερμοδυναμική ισορροπία Τ 1 Τ 2 Q (1) (2) Όταν Τ1>Τ2, μεταφέρεται θερμότητα από το (1) στο (2) και επέρχεται θερμική ισορροπία όταν Τ1=Τ2 m A a = m A b Φάση α m A a m B a Β Α Φάση β m A b m B b Η διαφορές μεταξύ των χημικών δυναμικών ενεργοποιούν την μεταφορά μάζας (διάχυση). Μεταφέρονται συστατικά Α και Β μεταξύ των δύο φάσεων. Όταν εξισωθούν τα χημικά δυναμικά στις δύο φάσεις επέρχεται θερμοδυναμική ισορροπία. ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ m a b G B = m min ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ B 18

Συνθήκες θερμοδυναμικής ισορροπίας μεταξύ δύο φάσεων Κοινή εφαπτομένη 9 (1) Σε μία θερμοκρασία Το η κοινή εφαπτομένη στις καμπύλες Γ των δύο φάσεων α και β ορίζει τα σημεία επαφής που αντιστοιχούν στις συστάσεις των φάσεων σε θερμοδυναμική ισορροπία Τα ποσοστά των φάσεων ορίζονται με τον κανόνα του μοχλού f α = X β e α X0 β X e α Xe f β = X 0 X e α X e β Xe α 19

Κατασκευή απλού διαγράμματος φάσεων 10 (1) Γνωρίζοντας τις συναρτήσεις ελεύθερης ενέργειας του στερεού και του υγρού μπορούμε να κατασκευάσουμε το διάγραμμα φάσεων που φαίνεται στο (ζ) 20

Κατασκευή διαγράμματος φάσεων με ευτηκτικό σημείο 11 (1) Η κατασκευή ευτηκτικού διαγράμματος φάσεων από τις καμπύλες ελεύθερης ενέργειας για δύο μέταλλα Α και Β με διαφορετική κρυσταλλική δομή Οι γραμμές του διαγράμματος φάσεων είναι ο γεωμετρικός τόπος των σημείων επαφής της κοινής εφαπτομένης 21

Αμετάβλητες Αντιδράσεις 12 (1) Aντίδραση Oνομασία Παράδειγμα L = α + β ευτηκτική αντίδραση Ag-Cu (780 o C) γ = α + β ευτηκτοειδής αντίδραση Fe-C (723 o C) L 1 = α + L 2 μονοτηκτική αντίδραση Cu-Pb (995 o C) α = β + L μετατηκτική αντίδραση Ag-Li (317 o C) L + α = β περιτηκτική αντίδραση Fe-Ni (1512 o C) α + β = γ περιτηκτοειδής αντίδραση Al-Cu (686 o C) L 1 + L 2 = α συντηκτική αντίδραση K-Zn (592 o C) 22