Faasidiagrammit
Faasidiagrammi näyttää, mikä faasi tai faasien yhdistelmä on termodynaamisesti vakaa tietyssä lämpötilassa, paineessa ja koostumuksessa. Rajaviivoilla kahden faasin kemialliset potentiaalit ovat tasapainossa.
Puhdas aine
P–T-diagrammissa on kiinteän, nesteen ja kaasun alueet. Yhden alueen sisällä yksi faasi on vakaa. Rajaviivalla kaksi faasia voivat esiintyä tasapainossa samanaikaisesti.
Kolmoispiste
Kolmoispisteessä kolme faasia ovat tasapainossa yhdellä tietyllä paineen ja lämpötilan yhdistelmällä. Puhtaalla aineella intensiivisiä vapausasteita ei silloin jää, jos kaikki kolme faasia pidetään tasapainossa.
Kriittinen piste
Neste–kaasu-raja päättyy kriittiseen pisteeseen. Sen yläpuolella nesteen ja kaasun välillä ei ole jyrkkää ensimmäisen kertaluvun rajaa, ja järjestelmä on ylikriittinen fluidi.
Clapeyronin yhtälö
Rajaviivan kaltevuus dP/dT=ΔS/ΔV liittyy faasimuutoksen entropia- ja tilavuuseroihin. Jään sulaessa tilavuus pienenee, joten veden sulamisrajan kaltevuus on moniin aineisiin verrattuna poikkeuksellisen negatiivinen.
Seokset
Kaksikomponenttiset lämpötila–koostumus-diagrammit voivat sisältää liquidus- ja solidusrajat sekä eutektisia pisteitä. Kaksifaasialueella faasien koostumukset luetaan sidelinjan päistä ja määräsuhde vipusäännöllä.
Metastabiilisuus
Tasapainodiagrammi kertoo termodynaamisen lopputilan, ei sitä, kuinka nopeasti tila saavutetaan. Ylijäähtyminen ja ylikuumeneminen ovat mahdollisia, koska uuden faasin ytimen syntyminen vaatii kineettisen esteen ylittämistä.
Gibbsin faasisääntö
Yksinkertaisessa muodossa F=C−P+2. Puhtaalle aineelle C=1 tämä selittää, miksi yhden faasin alueella on kaksi vapausastetta, kahden faasin rajalla yksi ja kolmoispisteessä nolla. Sääntö järjestää diagrammin geometrian yhdellä periaatteella.
Eutektinen reaktio
Yksinkertaisessa binäärisessä eutektisessa järjestelmässä tietyn koostumuksen neste muuttuu eutektisessa lämpötilassa kahdeksi kiinteäksi faasiksi samanaikaisesti. Tasapainodiagrammi kertoo faasit ja koostumukset, mutta todellinen lamelli- tai muu mikrorakenne riippuu myös ytimenmuodostuksesta, diffuusiosta ja jäähdytysnopeudesta.
Fastfaseovergange
Fasediagrammer gælder ikke kun smeltning og kogning. To forskellige krystalstrukturer kan være stabile ved forskellige temperaturer eller sammensætninger, og en fast opløsning kan deles i flere faste faser. I materialeteknologi kombineres ligevægtsdiagrammet derfor med kinetiske diagrammer for at forudsige den mikrostruktur, som en konkret varmebehandling faktisk giver.
Harjoitus
Mitä kaksifaasialue tarkoittaa binäärisessä faasidiagrammissa?
Ratkaisu
Järjestelmä koostuu kahdesta tasapainofaasista. Niiden koostumukset saadaan sidelinjan päistä ja niiden suhteelliset määrät voidaan arvioida vipusäännöllä.