Эвтектика

Фазовая диаграмма бинарной смеси с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдых фазах, имеющей ламинарный тип твёрдой эвтектической фазы.

Пространственная диаграмма состояния трехкомпонентной системы с одной тройной эвтектикой. Диаграмма имеет форму призмы, в которой треугольник Гиббса — Розебома, параллельный основанию, является изотермическим сечением.

Диаграмма отображает простейший случай, когда три компонента $A,\ B,\ C\$ в случае бинарных смесей $A{-}B,\ B{-}C,\ C{-}A\$ образуют только простые эвтектики. Для наглядного изображения свойств такой системы строят прямую призму, в основании которой лежит треугольник Гиббса — Розебома; точки треугольника в основании дают состав смесей, а на рёбрах призмы откладывают температуры. Точки $A_{1},\ B_{1},\ C_{1}\$ отвечают температурам плавления чистых компонентов. Кривые $A_{1}E_{1},\ B_{1}E_{1}\$ — кривые плавкости бинарных смесей $A{-}B\$ и лежат на грани $A_{1}\ A\ B\ B_{1}\$ призмы. $E_{1}$ — эвтектика бинарной системы $A{-}B\$. Такими же эвтектиками являются $E_{2}$ в бинарной системе $B{-}C\$ и $E_{3}$ в бинарной системе $C{-}A\$, лежащие на соответствующих гранях призмы. $e$ — тройная эвтектика, в которой в равновесии сосуществуют три твёрдые фазы и расплав, и в которой тройная смесь плавится/застывает как одно целое; $E_{1}\ e,$ $E_{2}\ e$ и $E_{3}\ e$ — эвтектические кривые.

Эвте́ктика (греч. εύτηκτος — легкоплавкий) — нонвариантная (при постоянном давлении) точка в системе из n компонентов, в которой находятся в термодинамическом равновесии n твёрдых фаз и жидкая фаза. Эвтектическая композиция представляет собой жидкий раствор, кристаллизующийся при наиболее низкой температуре для сплавов данной системы. Соответственно, температура плавления сплава эвтектического состава — также самая низкая, по сравнению со сплавами другого состава для данной системы компонентов. Это явление как раз и отражает этимология термина.

Термин эвтектика предложил в 1884 году британский физик и химик Фредерик Гётри.

Описание

В двухкомпонентной (или бинарной) системе эвтектическое равновесие можно выразить:

$\alpha +\,\!\beta \Leftrightarrow L,$

где $L$ — жидкая фаза (расплав, или раствор, например, «водный раствор»);

$\alpha$ — твёрдый раствор компонента $B$ в кристаллической решётке, образованной компонентом $A$;

$\beta$ — твёрдый раствор компонента $A$ в кристаллической решётке, образованной компонентом $B$.

Добавляя или отводя тепло, можно изменить пропорцию между суммарным объёмом кристаллических фаз и расплавом в эвтектической точке при около эвтектической температуре.

Температура системы при этих процессах будет отличаться от равновесной (в подавляющем большинстве практических случаев очень незначительно — на десятые или сотые доли градуса Цельсия), так как для фазовых превращений (кристаллизации или плавления) необходим термодинамический стимул — переохлаждение или перегрев.

Процесс кристаллизации:

$L\rightarrow \,\!\alpha +\,\!\beta .$

После кристаллизации эвтектика становится смесью кристаллитов фаз, очень часто сильно разветвлённых, взаимно проросших в процессе эвтектической кристаллизации. Одновременное образование нескольких кристаллических фаз в ходе эвтектической кристаллизации обусловливает возможность их кооперативного роста, при выполнении дополнительных условий, прежде всего, частичной кристаллографической согласованности решёток эвтектических фаз. В результате последнего образуются эвтектические бикристаллы (в случае двухкомпонентных, а также квазибинарных систем) — разветвлённые взаимновложенные дендриты эвтектических фаз, лишь выглядящие в сечении как мелкодисперсная смесь.

Эвтектика является пересечением поверхностей равновесия расплава с соответствующими (эвтектическими) фазами. Если отводится соответствующее количество тепла, то расплав эвтектического состава при кристаллизации в условиях близких к равновесным даст все кристаллические фазы, участвующие в равновесии. Если же подводится тепло в достаточном количестве, то смесь фаз, отвечающая эвтектическому составу, в условиях близких к равновесным будет плавиться с одновременным уменьшением доли каждой из кристаллических фаз вплоть до их полного исчезновения.

См. также

• Азеотропная смесь — смеси веществ, обладающие аналогичными свойствами при кипении.

Литература

• Юм-Розери В., Христиан Дж., Пирсон В. Диаграммы равновесия металлических систем. — 1956. — 399 с.
• Курнаков Н. С. Введение в физико-химический анализ. — четвертое дополненное. — М.—Л.: Издательство АН СССР, 1940. — 562 с.
• Аносов В. Я., Озерова М. И., Фиалков Ю. Я. Основы физико-химического анализа. — М.: Наука, 1976. — 504 с.
• Сомов А. И., Тихоновский М. А. Эвтектические композиции. — М.: Металлургия, 1975. — 304 с.
• Петров Д. А. Двойные и тройные системы. — М.: Металлургия, 1986. — 256 с.

Ссылки

• Статья «Эвтектика» на wiki.web.ru