Энергия Гиббса регулярного раствора (реального раствора)

Регулярным называется раствор, удовлетворяющий следующим условиям:

• — размеры частиц практически одинаковы;
• — энергии взаимодействия между одноименными и разноимен-

ными частицами не равны: ?|₂ * ^{11 22} .

Требованиям регулярного раствора отвечает большой класс реальных растворов. Образование регулярного раствора сопровождается тепловым эффектом. Однако различие в энергиях связи должно быть небольшим, чтобы энергии теплового движения было достаточно для исключения какого-либо упорядочения частиц в растворе. Поскольку упорядоченности частиц нет, то изменение энтропии при смешении компонентов регулярного раствора находят так же, как для идеального раствора. Учтем тепловой эффект при образовании регулярного раствора.

В соответствии с прежними обозначениями G_p._p = а + b + с;

G" =(|aJ⁾A^₁ чц-2А²) = а — стандартные состояния компонентов регулярного и идеального растворов совпадают.

Энергия Гиббса регулярного раствора составит.

В отличие от энергии Гиббса идеального раствора появляется третье слагаемое, представляющее собой тепловой эффект Д#_р__рпри образовании реального раствора: Q₂'NN₂ — с.

Выделяют два случая:

Связи в растворе слабее, чем в чистых компонентах (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Изменение энергии Гиббса при относительно слабом взаимодействии разноименных компонентов.

Система устойчива, гомогенна, ликвация (фазовое разделение) невозможна. Имеем один минимум, устойчивому состоянию отвечает один раствор.

В растворе связи разноименных частиц сильнее по сравнению с взаимодействием чистых компонентов. В расплаве возникают области, в которых преобладают разноименные связи (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Изменение энергии Гиббса раствора с составом при образовании прочных контактов разноименных частиц.

Термодинамически устойчивым состоянием в случае формирования в растворе связей более прочных, чем в чистых компонентах, оказывается фазовое разделение исходного расплава на две жидкости. Их составы определяются температурой и концентрацией исходного расплава. Исходная жидкость распадается на две жидкие фазы, обогащенные разными компонентами.

а и (3 — точки минимума, соответствующие равновесным составам фаз после ликвации.

тип — точки перегиба линии зависимости G_P._P=G_P._P (N₂).

Критические параметры находятся из соотношений:

• 50 п о
• —— = U — определяем координаты точек минимума а, р;
• 81у₂

°, = 0 — находим положение точек перегиба т, п.

8N]

Кривые G = G (N₂) строятся для разных температур, и по положениям точек, а и (3 находят область расслаивания (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Влияние температуры на зависимость энергии Гиббса от состава бинарного расплава.

По полученным данным строим график зависимости Т—Т (Аf₂)₉ называемый куполом ликвации (рис. 8.8).

Рис. 8.8. Купол ликвации в двойной системе 56.