Hendry P M Simamora ,ST0 9 2 0 2 1 8 0

Metalorgi fisik

DIAGRAM FASE

(UNARY DIAGRAM)

DISUSUN

O

L

E

H

HENDRY P M SIMAMORA

09202180

FAKULTAS TEKNOLOGI DAN INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI MEDAN

2010

‘’Diagram fase ‘’

Sebuah diagram fase adalah representasi grafis dari keadaan kesetimbangan materi. Pada saat kesetimbangan metastabil dapat ditunjukkan, tetapi biasanya itu adalah kesetimbangan stabil yang digambarkan. Dalam arti diagram fase adalah peta yang memberitahu kita apa yang terjadi dalam ruang termodinamika. 

Yang fase (s) / adalah stabil tergantung pada variabel termodinamika T, P dan jika lebih dari satu komponen hadir juga pada variabel komposisi (s). Dalam beberapa kasus variabel lain mungkin datang ke dalam bermain seperti adanya (dan ukuran) dari suatu medan magnet atau listrik. Karena jumlah variabel dapat besar dibandingkan dengan dua dimensi layar yang Anda cari di itu sering perlu untuk mewakili tidak lebih dari bagian dua lintas dimensi melalui sebuah ruang yang multidimensional. 

Tergantung pada jumlah komponen yang kita miliki: 

   1. unari diagram    2. diagram biner    3. diagram terner 

Kuarter, yg terdiri dr lima bagian, senary dan sistem

multinary lebih tinggi hanya dapat ditangani dengan dengan menunjukkan bagian berbagai lintas. Unari diagram Uap tekanan Sebuah diagram operan khas. Garis putus-putus menunjukkan hal yang luar biasa dari air Sebuah diagram operan khas. Garis putus-putus menunjukkan hal yang luar biasa dari air 

Sebuah diagram unary biasanya menunjukkan tekanan pada sumbu y dan suhu pada sumbu x. Angka ini menunjukkan contoh tipikal. Kami tiga wilayah ditandai padat, cair dan gas. Garis yang memisahkan daerah padat dan gas merupakan serangkaian tekanan uap kesetimbangan untuk proses sublimasi dari padat, yang antara cair dan gas adalah tekanan kesetimbangan cairan.Pada tekanan rendah dari nilai-nilai ini semua padat atau cair akan menguap, sehingga material akan gas. Ketika kita mengatakan tekanan di sini kita berarti bahwa kontribusi tekanan hanya berasal dari bahan itu sendiri, tetapi kita juga bisa memikirkan tekanan sebagai tekanan parsial, misalnyakelembaban di atmosfer jika kita mempertimbangkan air sebagai sistem kami. 

Kita dapat membaca dari bahwa tekanan dimana proses penguapan tidak lagi terbatas pada permukaan cair dan itu mulai mendidih dengan menggambar garis vertikal di misalnya 1 bar.Titik

persimpangan dengan garis uap memberi kita titik didih. Melting point 

Garis hampir vertikal yang memisahkan wilayah cair dan padat merupakan kesetimbangan padat-cair (pencairan pembekuan).titik lebur hanya tergantung pada tekanan lemah. Untuk kebanyakan zat meningkat dengan suhu. Ini adalah akibat langsung dari fakta bahwa cairan biasanya memiliki volume molar lebih tinggi dari padat. Air adalah pengecualian besar: itu kontrak ketika mencair. Hal ini membuat garis kesetimbangan padat-cair mundur bersandar di bit. Triple point 

garis uap ini dan garis mencair datang bersama-sama pada satu titik: titik tripel. Ini merupakan sate-satunya sistem di mana padat, cair dan uap berada dalam tiga keseimbangan. 

Perhatikan bahwa jika tekanan atmosfer lebih rendah dari titik tripel cair tidak akan terjadi pada suhu apa pun. Dalam manfaat dari titik didih kita akan memiliki titik sublimasi mana tekanan uap padat akan mencapai tekanan atmosfer. Karbon dioksida adalah suatu bahan, di bawah tekanan ambient ini tidak merupakan cairan. Titik kritis 

Pada akhir garis uap ada titik kritis. Kami membahas hal ini sebelumnya. Di atas suhu kritis perbedaan antara gas dan cairan lagi ada karena hanya ada satu solusi dengan satu volume molar ke persamaan van der Waals (atau penerus). Solid-solid transisi 

Ada kemungkinan bahwa sistem unary terlihat lebih rumit, misalnya mengalami transisi pertama belerang merupakan ortorombik ke monoklinik padat sebelum leleh. Bahkan es terjadi di lebih dari satu modifikasi jika kita bersedia untuk pergi ke tekanan yang cukup tinggi. (Lihat .. ara dalam buku) Diagram biner 

Dalam sistem biner kita sudah berurusan dengan tiga variabel: tekanan, temperatur dan komposisi variabel (P, T, X). Yang terakhir ini biasanya didefinisikan dalam kaitannya dengan fraksi mol. Pada prinsipnya kita bisa mengambil unit konsentrasi, namun unit seperti molaritas tidak sangat berguna karena jika kita ingin bervariasi volume suhu dapat mengubah banyak dan hal ini mempengaruhi molaritas. Fraksi Mole tidak memiliki masalah ini. 

ruang termodinamika kami pada prinsipnya tiga dimensi dan pada waktu orang dapat melihat grafik tiga dimensi tetapi biasanya baik isotermal (P vs X T @ = konstan) atau isobarik (T vs X @ P = konstan)

cross section ditampilkan. Sistem ideal ideal gas cair 

Sistem biner yang paling sederhana adalah yang mana dua komponen bentuk cairan baik sebagai solusi ideal atau campuran gas ideal. Yang terakhir ini tidak begitu sulit untuk mencapai ke pendekatan yang baik, tetapi untuk dua cairan untuk membentuk mereka harus molekul dan molekul mereka harus mirip satu sama lain begitu banyak sehingga tidak masalah apakah molekul tetangga adalah salah satu atau yang lain. 

Dalam kedua representasi kita menemukan gas dan wilayah cairan yang dipisahkan oleh sebuah wilayah dua fase ar daerah ini juga dikenal kesenjangan tahap dan kami akan menampilkannya pada putih. Sebaliknya satu-fase daerah (juga dikenal sebagai rentang homogenitas) akan diberi warna yang solid. 

Fase gas umum adalah stabil pada suhu yang cukup tinggi atau tekanan cukup rendah. Solusi cair pada suhu rendah dan tekanan tinggi. 

Sifat dari dua komponen murni yang diwakili oleh titik-titik pada margin kiri dan kanan. Mereka mewakili titik didih dari dua komponen dalam grafik isobarik dan tekanan uap dalam satu isotermal. Komponen stabilitas memiliki tekanan uap

yang lebih rendah dan titik didih yang lebih tinggi. 

Titik-titik dalam wilayah dua fase merupakan negara sistem tidak dapat mencapai sebagai satu fase. Sebaliknya pada kondisi ini -e.g. Titik-kita akan memiliki keseimbangan antara dua fase dengan komposisi yang berbeda. Sebuah dasi horisontal-line dapat ditarik untuk menemukan komposisi dari cairan dan uap.uap selalu lebih kaya dalam komponen yang lebih volatile. Rasio panjang dari potongan-potongan garis xL - A dan A-XV memberi kita kebalikan dari rasio jumlah uap dan menyajikan cair. Misalnyajika titik A terletak sangat dekat dengan titik cair dan xL - adalah kecil yang berarti bahwa jumlah fasa gas kecil dan hampir seluruh sampel dalam bentuk cair. Hal ini dikenal sebagai aturan tuas. 

Alasan bahwa garis bawah dalam diagram tekanan isotermal adalah garis lurus adalah bahwa hal itu berasal dari hukum Dalton tentang aditif tekanan parsial. Untuk garis cair kita juga dapat memperoleh ekspresi matematika (lihat ...). 

Dalam diagram (lebih biasa) suhu kedua baris adalah kurva.bentuk mereka dapat juga digambarkan dengan tepat untuk sistem yang ideal-ideal. Distilasi 

Diagram fasa dapat digunakan untuk memprediksi

apa yang terjadi selama proses pemurnian penting, bahwa penyulingan. Jika kita membawa campuran mendidih, fase gas akan lebih kaya dalam komponen yang lebih stabil daripada cairan yang tersisa.Jika kita memisahkan dua dan memadatkan uap, kita bisa mengulangi proses dan mendapatkan uap yang lebih kaya dalam komponen volatile. Skematis seperti presesi penyulingan berulang dapat diwakili oleh sejumlah dasi garis horisontal dan vertikal di wilayah dua-fasa. Hal ini menunjukkan kepada kita dengan jelas bahwa untuk mencapai pemurnian lengkap akan membutuhkan jumlah tak terbatas siklus penyulingan, tetapi biasanya tingkat cukup kemurnian dapat dicapai dalam praktek cara ini terutama jika perbedaan volatilitas besar. Non-solusi ideal Azeotropes 

Campuran yang mengandung molekul yang cukup berbeda dalam interaksi bersama mereka bahwa mereka tidak ideal lagi dapat menyebabkan diagram yang agak sedikit lebih rumit. Pertama dari semua wilayah dua fase tidak selalu berbentuk lensa lagi. Hal ini dapat menunjukkan baik maksimum atau minimum suatu titik yang dikenal sebagai sebuah azeotrop. Dalam kasus seperti proses penyulingan dibatasi dalam ruang lingkup karena tidak mungkin untuk pergi lebih jauh dari titik azeotrop. Etanol dan air seperti sistem, di mana kekuatan tertinggi diperoleh dengan penyulingan lurus etanol

96%. Untuk menghapus% 4 terakhir dari air dan menghasilkan alkohol absolut kita perlu melibatkan bahan lain selain hanya dua komponen. Kritis pencampuran diagram biner cair-cair dengan titik kritis untuk kelarutan diagram biner cair-cair dengan titik kritis untuk kelarutan 

Hal terdekat di samping suatu solusi ideal disebut solusi biasa Dalam dapat digambarkan dengan satu margules koefisien (lihat ..). Bahkan jika kita memperpanjang model ideal hanya dengan langkah pertama ke dunia non-hal idealistis kita sudah dapat menunjukkan bahwa pada temperatur rendah perbedaan dalam interaksi cukup bahwa solusi cair tidak stabil sehubungan dengan fase pemisahan. Sama seperti dalam kasus gas non-ideal kita mendapatkan titik kritis di bawah ini yang kami tidak memiliki satu solusi membentuk persamaan yang mendefinisikan persamaan negara tetapi dua. Dalam kasus ini kita mendapatkan dua cairan dalam kesetimbangan dengan satu sama lain, satu kaya Komponen, yang lainnya di B. komponen Dalam diagram fase kita sehingga mendapatkan daerah tambahan dua fase (fase gap).Pada suhu yang lebih rendah kita bisa menggambar garis horizontal, titik potong dengan kurva demarkasi wilayah dua fase merupakan untuk batas kelarutan dari satu komponen ke yang lain pada suhu ini. Pada suhu

yang lebih tinggi wilayah dua fase tutup pada titik kritis. Sekitar titik ini fungsi termodinamika biasanya sangat datar dan keseimbangan menjadi acuh tak acuh daripada stabil. Situasi ini menghapus hukuman kaku biasa pada fluktuasi termodinamika besar dan hasilnya adalah fluktuasi diukur dalam untuk kepadatan misalnya, yang mengarah misalnya untuk hamburan cahaya yang kuat (hamburan Kritis). 

Model solusi reguler memprediksi titik kritis pada suhu tinggi, tetapi dalam sistem nyata kita juga menemukan titik kritis pada temperatur rendah atau dalam kasus yang jarang seperti air-nikotin di kedua sisi wilayah dua-fasa. Kelarutan terbatas dan eutectics diagram eutektik sederhana diagram eutektik sederhana 

Banyak sistem cair menyimpang bahkan lebih dari solusi biasa dari hal idealistis. Seringkali titik kritis pencampuran atas tidak pernah tercapai dan saling miscibility terbatas dapat bertahan sampai mendidih. Dalam hal ini kita bisa mendapatkan sistem eutektik. Fase uap tidak pernah memiliki masalah miscibility dan akan bersaing untuk stabilitas pada komposisi mana cair tidak dapat campuran. Wilayah liquid1-liquid2 biasanya akan sedikit sempit terhadap suhu yang lebih tinggi seolah-olah mendekati titik kritis. Kisaran

homogenitas satu fase di sisi kiri dan kanan sehingga mendapatkan sedikit lebih luas, yang diterjemahkan ke dalam batas kelarutan yang lebih tinggi. 

Pada suhu eutektik namun kesenjangan fase cair-cair tiba-tiba membuat tempat untuk dua gas liquid1-dan daerah yang liquid2-gas dua-fasa. 

Orang bisa mengatakan bahwa karena lengkap pencampuran cairan tidak possbile untuk komposisi di bagian tengah diagram, fase gas-termodinamika berbicara-pesaing yang memenangkan perjuangan untuk stabilitas. 

Perhatikan bahwa diagram diberikan untuk satu nilai tekanan P. Pada tekanan tinggi cairan yang disukai dan titik didih (dan garis eutektik!) Naik pada suhu, mungkin menghasilkan diagram seperti contoh pencampuran kritis di atas. Solids Sistem biner Ag-Au Sistem biner Ag-Au 

Meskipun beberapa padatan dapat menunjukkan kelarutan padat lengkap, larutan padat adalah solusi hampir tidak pernah ideal.Yang ideal terdekat adalah sistem seperti paduan elektrum dibentuk oleh Ag dan Au. 

diagram fase Its memiliki daerah dua fase sederhana

antara larutan padat yang menjangkau seluruh rentang komposisi dan yang cair pada suhu tinggi. 

kelarutan Solid Namun lebih pengecualian dari aturan tersebut.Alasannya adalah bahwa hal itu biasanya termodinamika menguntungkan untuk menggantikan atom atau molekul dalam kisi kristal memerintahkan dengan barang asing yang mungkin memiliki ukuran yang berbeda, bentuk atau interaksi tetangga berbeda karena karakter kimia yang berbeda. 

Walaupun menggabungkan suatu entitas asing menghasilkan entropi pencampuran, hukuman dalam hal interaksi (baca: entalpi) adalah terlalu kaku. Ini berarti bahwa kelarutan padat sering sangat terbatas atau bahkan diabaikan (dalam ppm atau kisaran ppb). Hal ini terutama berlaku untuk dua komponen molekul organik yang memiliki ukuran yang sangat berbeda oz bentuk molekul. Untuk paduan logam kita mungkin menghadapi homogenitas rentang yang lebih luas. 

Diagram sederhana fase padat-padat menyerupai yang eutektik cair, tetapi dengan rentang homogenitas di sisi kiri dan kanan berkurang menjadi sedikit lebih dari garis. Perhatikan bahwa dalam sistem seperti kami menganggap fase cair menunjukkan miscibility lengkap. Tentu saja mencair fase juga dapat menunjukkan kesenjangan fase

seperti dibahas di atas, mengarah ke diagram yang lebih rumit. 

Seperti makanan padat biasanya tidak mudah menguap itu adalah biasa melihat diagram tekanan. Selain itu, peristiwa mencair hampir tahan terhadap perubahan tekanan. Suhu diagram karena itu norma. Biasanya tidak banyak terjadi pada makanan padat ketika tekanan berubah kecuali pada tekanan sangat tinggi (biasanya kilo-atau megabars) transisi padat-padat mungkin terjadi. 

Gambar: CH434_binardsc.gif 

Animasi di atas menunjukkan sebuah diagram sederhana khas fase padat-padat eutektoid (kiri atas). Hal ini juga menunjukkan urutan kejadian jika kita panas dan pendinginan campuran sewenang-wenang dari bubuk (bawah). Untuk kejelasan fase mayoritas telah diberi warna biru, minoritas salah satu kuning.Salah satu kiri dan kanan rentang homogenitas dari dua padatan ditampilkan dalam cara yang agak berlebihan dalam warna solid.Seringkali kisaran sangat sempit bahwa mereka tampak seperti garis (fase garis). 

Perhatikan bahwa setelah mencapai suhu eutektik semua bahan (minoritas) kuning bersama-sama dengan beberapa materi biru tiba-tiba sekering untuk memberikan eutektik pirus meleleh. Acara ini

sangat endoterm, mengarah ke sinyal puncak tajam dan kuat dalam percobaan DSC (kanan atas). Setelah eutektik kristal biru yang tersisa secara bertahap melarutkan sampai homogen mencair tercapai. Pembubaran secara bertahap menyebabkan aliran sinyal panas cadel yang berakhir lebih atau kurang tiba-tiba. 

Setelah pendinginan kristal biru mulai tumbuh dari mencair, empoverishing cairan bahan biru. Akhirnya yang tersisa adalah cairan dengan komposisi eutektik bahwa pemisahaan fase tiba-tiba biasanya menjadi zona pipih halus berjarak biru dan kuning.Animasi mengabaikan fakta bahwa pada pendingin sering ada efek pelewat-dinginan. Kurva pendinginan sering tidak bayangan cermin dari satu pemanasan. Senyawa pembentukan sistem biner dengan fase senyawa sistem biner dengan fase senyawa 

Ketika dua padatan dicampur tidak biasa melihat senyawa yang dibentuk di antara mereka, kadang-kadang banyak sekali.Senyawa biasanya memiliki titik lebur mereka sendiri dan kita bisa mendapatkan diagram eutektik ganda seperti yang ditunjukkan di sini. Untuk kesederhanaan kami menunjukkan senyawa sebagai garis dengan lebar diabaikan tetapi dalam kenyataannya rentang homogenitas selalu terbatas. 

Perhatikan bahwa kurva leleh (likuidus) memiliki maksimum pada komposisi senyawa bahwa tidak akan ada jika senyawa itu tidak terbentuk. Jika sistem ini dipelajari oleh DSC atau teknik lain termal ini adalah faktor tanda. Dalam difraksi sinar-X en sepenuhnya pola baru (yang kompleks) akan muncul. Sering senyawa terbentuk pada fraksi mol seperti 0,5 atau 0,3333 menunjukkan stoikiometri integer tetap seperti AB atau A2B.Namun, terutama dalam hal paduan stoikiometri tidak mungkin integer bagus dan mungkin keseragaman lebar yang cukup.Dalam kasus seperti itu lebih baik untuk membicarakan tentang sebuah fase baru daripada suatu senyawa baru sebagai bahan-bahan ini tidak berperilaku seperti daltonide dengan stoikiometri tetap, tapi seperti berthollide yang tidak memiliki hal seperti itu.(Lihat Dalton versus Berthollet.) Peritectics Sebuah diagram fase dengan peritektik 

Adalah juga mungkin bahwa salah satu eutectics terletak di sisi 'salah' dari garis senyawa. Dalam kasus yang kita miliki peritektik.senyawa peritektik menunjukkan leleh kongruen. Pada titik lebur peritektik mereka terurai menjadi cair dan padat yang berbeda mempunyai komposisi yang berbeda. Yang terakhir ini secara bertahap akan redissolve pada pemanasan ke dalam cairan sampai pada titik atas segalanya likuidus adalah cairan

homogen lagi. Setelah pendinginan kita sering tidak mendapatkan satu kembali padat, kecuali kita anil untuk sepanjang waktu hanya di bawah suhu peritektik. Materi yang pertama akan endapan padat dengan komposisi yang berbeda dari yang keseluruhan meninggalkan cairan berubah dalam komposisi. Jika cairan tidak mendapatkan waktu untuk bergabung kembali dengan endapan kami berakhir dengan campuran (non-ekuilibrium) dari tiga padatan. 

Perhatikan bahwa dalam kasus peritektik suatu yang tidak memiliki maksimal tambahan dalam kurva likuidus. Menentukan diagram fase 

Ada berbagai cara untuk mempelajari perilaku fase. Kebanyakan dari mereka adalah termal di alam-data yang diambil selama pemanasan lari-tapi beberapa dari mereka yang tidak, dalam arti bahwa mereka dilakukan post mortem (setelah perlakuan panas). Mikroskopi 

Tradisional mikroskop (dan kemudian elektron scanning) optik telah digunakan untuk mempelajari morfologi suhu kamar paduan logam setelah memberikan mereka perlakuan panas (misalnya meleleh-quench, meleleh-anil-quench). 

Banyak tahap pemanasan kemudian menjadi tersedia untuk mengamati perubahan morfologi dengan suhu pada suhu sederhana Thermal penangkapan 

Metode lain tradisional adalah thermometry sederhana. Biarkan jumlah yang relatif besar bahan perlahan dingin. Jika mengalami transisi fase suhu biasanya akan tetap konstan untuk sementara pada suhu transisi. DSC 

Thermal metode seperti DSC, depannya-runner DTA dan baru-baru ini cabang MDSC adalah alat yang sangat baik untuk mempelajari kejadian termal. Mereka tidak hanya menunjukkan suhu transisi, namun dalam kasus DSC dan MDSC juga menghasilkan entalpi transisi, baik endotermik dan eksotermik.Satunya masalah adalah panas yang buta. Ada banyak proses yang berbeda yang menghasilkan atau menyerap panas.Seringkali orang perlu menjalankan serangkaian komposisi untuk melihat tren untuk mengidentifikasi apa sinyal diamati berarti.Dalam kasus yang rumit, menguatkan dengan teknik lain seperti difraksi sinar-X sangat berguna. Sebagai contoh, jika campuran biner eutektik kita akan mengharapkan serangkaian Termogram seperti dalam animasi berikut serangkaian Termogram dalam diagram biner eutektik 

Seperti yang anda lihat sinyal eutektik selalu pada suhu yang sama dan merupakan terbesar pada komposisi eutektik. Suhu eutektik mudah untuk menentukan dari data seperti ini: ini adalah awal dari masing-masing dari sinyal eutektik. Komposisi eutektik adalah hal yang berbeda. Hal ini sangat sulit untuk mempersiapkan campuran dengan tepat komposisi eutektik. Juga puncak kedua cenderung tenggelam dalam satu eutektik saat Anda dekat dengan eutektik tersebut. Harga sangat lambat jalan perlu digunakan untuk memisahkan dua sinyal. 

Jika serangkaian data pada kedua sisi eutektik tersedia adalah mungkin untuk membuat sebidang integral dari sinyal eutektik sebagai fungsi komposisi. Ini disebut plot Tamman. Idealnya terlihat seperti ^: dua berpotongan garis lurus dengan komposisi eutektik sebagai bagian atas. Garis tidak harus berangkat dari x = 0 dan x = 1 kenapa? Mekanikal spectrosopy 

Khusus untuk sifat mekanik polimer perubahan pada waktu yang sangat pada tahap transisi. Ada beberapa teknik / perangkat seperti DMS, DMA dan TMA yang digunakan untuk studi semacam ini X-ray dan neutron difraksi 

Suhu difraksi sinar-X tergantung digunakan untuk

menjadi agak memakan waktu, teknik meskipun sangat informatif. Waktu pemaparan yang sangat panjang (minggu). Dengan munculnya radiasi synchrotron ini telah berubah secara dramatis. Sebuah menjalankan termal kini dapat dilakukan dalam satu jam atau lebih dan dengan kemajuan teknologi detektor bahkan 30 deteksi Hz adalah mungkin. 

Difraksi sinar-X terutama informatif karena setiap tahap memiliki pola garis khas sendiri. Terutama seiring dengan DSC ini adalah informasi yang sangat berguna 

deteksi Neutron relatif lambat, tetapi teknik ini dapat melihat elemen ligher dan juga magnet pemesanan. 

Pola X-ray dari campuran dua fasa biasanya menunjukkan dua set garis yang dapat diidentifikasi menjadi milik salah satu fase ini.Setelah mencair pola garis hilang dan digantikan dengan punuk yang luas (atau dua) di latar belakang. 

Sebuah kelemahan dari teknik ini adalah bahwa hal itu tidak terlalu sensitif terhadap sejumlah kecil sekarang materi, tapi sebuah studi parameter sel dapat menghasilkan informasi tambahan.