Fazni dijagram
Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
U fizikalnoj hemiji, mineralogiji i nauci o materijalima, fazni dijagram je vrsta grafik koji pokazuje ravnotežne uslove između termodinamički različitih faza. U matematici i fizici, fazni dijagram ima drugu značenje kao sinonim za fazni prostor.
Sadržaj |
[uredi] Dijagrami pritisak-temperatura
Najjednostavniji fazni dijagrami su dijagrami pritisak-temperatura jedne jednostavne supstance, kao što je voda. Apscisa i ordinata odgovaraju pritisku i temperaturi. Fazni dijagram pokazuje, u prostoru pritisak-temperatura, linije ravnoteže ili fazne granice između tri faze: čvrste, tečne i gasovite.
Oznake na faznom dijagramu pokazuju gdje je slobodnu energiju nemoguće odrediti. Otvoreni prostori, gdje je slobodnu enrgiju moguće izračunati, odgovaraju fazama. Faze su odvojene linijama neodređene energije gdje se fazni prijelazi odvijaju, koje se zovu granice faza.
Na dijagramu, fazna granica između tečnosti i plina ne ide u beskonačnost. Nasuprot, završava se u tački na faznom dijagramu koja se naziva kritična tačka. Ovo se odražava na činjenicu da se tečne i plinovite faze, pri ekstremno visokim temperaturama i pritiscima, ne razlikuju, te postaju nešto što je poznato pod nazivom superkritični fluid. Kod vode, kritična tačka nalazi se na oko 647 K (374 °C ili 705 °F), te 22,064 MPa.
Postojanje kritične tačke tekućine i plina otkriva neznatnu dvoznačnost u gornjoj definiciji. Kada se ide od tekuće prema plinovitoj fazi, obično se prjeđe fazna granica, ali moguće je odabrati put koji nikad ne prelazi granicu idući ravno do kritične točke. Na taj način, tekuća i plinovita faza mogu se kontinuirano miješati jedna s drugom. No, nemoguće je da granica krute i tekuće faze završi u kritičnoj tački na isti način kao ona od tekuće i plinovite, zato što kruta i tekuća faza imaju različitu simetriju.
Zanimljivo je da granice između krutih i tekućih faza u faznim dijagramima većine krutih tvari imaju pozitivan nagib, zbog toga što krute faze imaju veću gustoću od tekućih, pa se s povišenjem pritiska povećava temperatura topljenja. To nije slučaj kod vode, gdje granica između krutog i tekućeg stanja ima negativan nagib, a uzrok tomu je anomalija vode.
[uredi] Binarni fazni dijagrami
Ostale, mongo komplikovanije vrste faznih dijagrama, mogu se konstruisati, pogotovo kada je prisutno više od jedne čiste komponente. U ovom slučaju, koncentracija postaje veoma bitna varijabla. Fazni dijagrami, sa više od dvije dimenzije, mogu se konstruisati kako bi se pokazao uticaj više od dvije varijable na fazu substance. Fazni dijagrami mogu koristit i druge varijable kao nadopunu ili kao zamijenu za temperaturu, pritisak i sastav (npr. jačina eletričnog ili magnetnog polja), kao i substance koje uzimju više od tri stanja materije.
Jedan tip faznog dijagrama prikazuje odnos temperature u relativne koncentracije dvije tvari u binarnoj smjesi pa se naziva binarni fazni dijagram. Takva smjesa može biti ili čvrsta otopina ili smjesa dviju tvari koje ne tvore čvrste otopine. Ova dva različita tipa smjesa rezultuju u veoma različitom grafu.
Jedna od najvažnijih karakteristika faznih dijagrama je kongruentna tačka u kojoj se kruta faza direktno transformiše u tekuću. Postoji i peritektoid, tačka gdje se dvije krute faze kombinuju u jednu krutu fazu tokom zagrijavanja. Suprotno od ovoga, tačka u kojoj se jedna kruta faza transformira u dvije faze tokom zagrijavanja naziva se eutektoid.
x-osa takvog dijagrama predstavlja koncentraciju smjese. Budući da su smjese obično daleko od razrjeđenja, pa je njihova gustoća kao funkcija temperature obično nepoznata, prvenstveno se mjeri molarni udio. Ne bi bilo praktično koristiti veličinu temeljenu na volumenu kao što je molalitet.
[uredi] Uobičajne komponente faznog dijgrama
Linije ravnoteže ili fazne granice odnose se na linije koje pokazuju gdje se odvijaju fazni prijelazi.
Trostruka tačka je, u faznom dijagramu pritisak-temperatura, jednistveno prosjecište linija ravnoteže između tri stanja materije, najčeće čvrste, tečne i gaovite faze.
Za fazne dijagrame sa temperaturom na ordinati, solidus linija je linija ispod koje je substanca stabilna u čvrstom stanju. Likvidus linija je linija iznad koje je substanca stabilna u tečnom stanju. Između solidus i likvidus linija može se nalaziti praznina; unutar praznine substanca se sastoji od čvrstih kristala i tečnosti.
[uredi] Fazni dijagram tečnih kristala
U fizici tečnih kristala, fazni dijagrami se koriste u slučaju miješanja nematogeničnih komponenti, kako bi se uspostavila razlika između izotropne i nematiče tečne faze.
