Ein Phase-Diagramm in physischer Chemie, Technik, Mineralogie und Material-Wissenschaft ist ein Typ der Karte, die verwendet ist, um Bedingungen zu zeigen, an denen thermodynamisch verschiedene Phasen am Gleichgewicht vorkommen können. In der Mathematik und Physik, "wird Phase-Diagramm" mit einer verschiedenen Bedeutung verwendet: ein Synonym für einen Phase-Raum.

Übersicht

Allgemeine Bestandteile eines Phase-Diagramms sind Linien des Gleichgewichts oder der Phase-Grenzen, die sich auf Linien beziehen, die Bedingungen kennzeichnen, unter denen vielfache Phasen am Gleichgewicht koexistieren können. Phase-Übergänge kommen entlang Linien des Gleichgewichts vor.

Dreifache Punkte sind Punkte auf Phase-Diagrammen, wo sich Linien des Gleichgewichts schneiden. Dreifache Punkte kennzeichnen Bedingungen, an denen drei verschiedene Phasen koexistieren können. Zum Beispiel hat das Wasserphase-Diagramm einen dreifachen Punkt entsprechend der einzelnen Temperatur und dem Druck, an dem fest Flüssigkeit und gasartiges Wasser in einem stabilen Gleichgewicht koexistieren können.

Der Schrägstrich ist die Temperatur, unter der die Substanz im festen Zustand stabil ist. Der liquidus ist die Temperatur, über der die Substanz in einem flüssigen Staat stabil ist. Es kann eine Lücke zwischen dem Schrägstrich und liquidus geben; innerhalb der Lücke besteht die Substanz aus einer Mischung von Kristallen und Flüssigkeit (wie ein "Schlicker").

Typen von Phase-Diagrammen

2. Phase-Diagramme

Die einfachsten Phase-Diagramme sind mit dem Drucktemperaturdiagramme einer einzelnen einfachen Substanz wie Wasser. Die Äxte entsprechen dem Druck und der Temperatur. Die Phase-Diagramm-Shows, im mit dem Drucktemperaturraum, den Linien des Gleichgewichts oder der Phase-Grenzen zwischen den drei Phasen von festen, Flüssigkeit und Benzin.

Die Kurven auf dem Phase-Diagramm zeigen die Punkte, wo die freie Energie (und andere abgeleitete Eigenschaften) nichtanalytisch wird: Ihre Ableitungen in Bezug auf die Koordinaten (Temperatur und Druck in diesem Beispiel) ändern sich diskontinuierlich (plötzlich). Zum Beispiel wird sich die Hitzekapazität eines mit dem Eis gefüllten Behälters plötzlich ändern, weil der Behälter vorbei am Schmelzpunkt geheizt wird. Die offenen Räume, wo die freie Energie analytisch ist, entsprechen einzelnen Phase-Gebieten. Einzelne Phase-Gebiete werden durch Linien von nichtanalytischen getrennt, wo Phase-Übergänge vorkommen, die Phase-Grenzen genannt werden.

Im Diagramm links, der Phase-Grenze zwischen Flüssigkeit und Benzin geht unbestimmt nicht weiter. Statt dessen endet es an einem Punkt auf dem Phase-Diagramm genannt den kritischen Punkt. Das widerspiegelt die Tatsache, dass, bei äußerst hohen Temperaturen und Druck, die flüssigen und gasartigen Phasen nicht zu unterscheidend, darin werden, was als eine superkritische Flüssigkeit bekannt ist. In Wasser kommt der kritische Punkt um T =, p = und ρ = 356 Kg/M ³ vor.

Die Existenz des kritischen Flüssig-Gaspunkts offenbart eine geringe Zweideutigkeit im Beschriften der einzelnen Phase-Gebiete. Wenn man von der Flüssigkeit bis die gasartige Phase geht, durchquert man gewöhnlich die Phase-Grenze, aber es ist möglich, einen Pfad zu wählen, der nie die Grenze durch das Gehen rechts vom kritischen Punkt durchquert. So können die flüssigen und gasartigen Phasen unaufhörlich in einander verschmelzen. Die fest-flüssige Phase-Grenze kann nur in einem kritischen Punkt enden, wenn die festen und flüssigen Phasen dieselbe Symmetrie-Gruppe haben.

Die fest-flüssige Phase-Grenze im Phase-Diagramm von den meisten Substanzen hat einen positiven Hang; je größer der Druck auf eine gegebene Substanz, desto näher zusammen die Moleküle der Substanz zu einander gebracht werden, der die Wirkung der zwischenmolekularen Kräfte der Substanz vergrößert. So verlangt die Substanz, dass eine höhere Temperatur für seine Moleküle genug Energie hat, das feste Muster der festen Phase auszubrechen und in die flüssige Phase einzugehen. Ein ähnliches Konzept gilt für Flüssig-Gasphase-Änderungen. Wasser, wegen seiner besonderen Eigenschaften, ist eine der mehreren Ausnahmen zur Regel.

Andere thermodynamische Eigenschaften

Zusätzlich zu gerade der Temperatur oder dem Druck können andere thermodynamische Eigenschaften in Phase-Diagrammen grafisch dargestellt werden. Beispiele solcher thermodynamischen Eigenschaften schließen spezifisches Volumen, spezifischen enthalpy oder spezifisches Wärmegewicht ein. Zum Beispiel werden Einzeln-Teilgraphen der Temperatur gegen das spezifische Wärmegewicht (T gegen s) für Wasser/Dampf oder für ein Kühlmittel allgemein verwendet, um thermodynamische Kreisprozesse wie ein Zyklus von Carnot, Zyklus von Rankine oder Kühlungszyklus der Dampf-Kompression zu illustrieren.

In einem zweidimensionalen Graphen können zwei der thermodynamischen Mengen auf den horizontalen und vertikalen Äxten gezeigt werden. Zusätzliche thermodymic Mengen können jeder in der Zunahme als eine Reihe von Linien - gebogen, gerade, oder eine Kombination von gekrümmten und geraden illustriert werden. Jede dieser Iso-Linien vertritt die thermodynamische Menge bei einem bestimmten unveränderlichen Wert.

3D-Phase-Diagramme

Es ist möglich, sich dreidimensionale (3D) Graphen vorzustellen, drei thermodynamische Mengen zeigend. Zum Beispiel für einen einzelnen Bestandteil kann ein Kartesianischer 3D-Koordinatentyp-Graph Temperatur (T) auf einer Achse, Druck (P) auf einer zweiten Achse und spezifischem Band (v) auf einem Drittel zeigen. Solch ein 3D-Graph wird manchmal ein P-v-T Diagramm genannt. Die Gleichgewicht-Bedingungen würden als eine gekrümmte 3D-Oberfläche mit Gebieten für festen, Flüssigkeit, und Dampf-Phasen und Gebiete gezeigt, wo fest und flüssig Festkörper und Dampf, oder Flüssigkeit und Dampf im Gleichgewicht koexistieren. Eine Linie auf der Oberfläche hat gerufen eine dreifache Linie, ist wo fest, Flüssigkeit und Dampf können alle im Gleichgewicht koexistieren. Der kritische Punkt bleibt ein Punkt auf der Oberfläche sogar auf einem 3D-Phase-Diagramm. Ein orthografischer Vorsprung des P-v-T 3D-Graph-Vertretungsdrucks und der Temperatur als die vertikalen und horizontalen Äxte bricht effektiv der 3D-Anschlag in ein 2. mit dem Drucktemperaturdiagramm zusammen. Wenn das, der feste Dampf, die feste Flüssigkeit und der Oberflächenzusammenbruch des flüssigen Dampfs in drei entsprechende gekrümmte Linien getan wird, die sich am dreifachen Punkt treffen, der der zusammengebrochene orthografische Vorsprung der dreifachen Linie ist.

Binäre Phase-Diagramme

Andere viel kompliziertere Typen von Phase-Diagrammen können besonders gebaut werden, wenn mehr als ein reiner Bestandteil da ist. In diesem Fall wird Konzentration eine wichtige Variable. Phase-Diagramme mit mehr als zwei Dimensionen können gebaut werden, die die Wirkung von mehr als zwei Variablen auf der Phase einer Substanz zeigen. Phase-Diagramme können andere Variablen zusätzlich zu oder im Platz der Temperatur, des Drucks und der Zusammensetzung, zum Beispiel die Kraft eines angewandten elektrischen oder magnetischen Feldes verwenden, und sie können auch Substanzen einschließen, die mehr übernehmen als gerade drei Staaten der Sache.

Ein Typ des Phase-Diagramms verschwört sich die Temperatur gegen die Verhältniskonzentrationen von zwei Substanzen in einer Mischung hat ein binäres Phase-Diagramm, wie gezeigt, am Recht genannt. Solch eine Mischung kann entweder eine feste Lösung, Eutektikum oder peritectic, unter anderen sein. Diese zwei Typen von Mischungen laufen auf sehr verschiedene Graphen hinaus.

Ein anderer Typ des binären Phase-Diagramms ist ein Siedepunkt-Diagramm für eine Mischung von zwei Bestandteilen, d. h. chemische Zusammensetzungen.

Für zwei besondere flüchtige Bestandteile an einem bestimmten Druck wie atmosphärischer Druck zeigt ein Siedepunkt-Diagramm das, welcher Dampf (Benzin) Zusammensetzungen im Gleichgewicht mit gegebenen flüssigen Zusammensetzungen abhängig von der Temperatur sind. In einem typischen binären Siedepunkt-Diagramm wird Temperatur auf einer vertikalen Achse und Mischungszusammensetzung auf einer horizontalen Achse geplant.

Ein einfaches Beispiel-Diagramm mit hypothetischen Bestandteilen 1 und 2 in einer non-azeotropic Mischung wird am Recht gezeigt. Die Tatsache, dass es zwei getrennte gekrümmte Linien gibt, die sich den Siedepunkten der reinen Bestandteile anschließen, bedeutet, dass die Dampf-Zusammensetzung gewöhnlich nicht dasselbe als die flüssige Zusammensetzung ist, mit der der Dampf im Gleichgewicht ist. Sieh mit dem Dampf flüssiges Gleichgewicht für mehr Information.

Zusätzlich zu den obengenannten erwähnten Typen von Phase-Diagrammen gibt es Tausende von anderen möglichen Kombinationen. Einige der Haupteigenschaften von Phase-Diagrammen schließen kongruente Punkte ein, wo sich eine feste Phase direkt zu einer Flüssigkeit verwandelt. Es gibt auch den peritectoid, ein Punkt, wo sich zwei feste Phasen in eine feste Phase während des Abkühlens verbinden. Das Gegenteil davon, wenn sich eine feste Phase zu zwei festen Phasen während der Heizung verwandelt, wird den eutectoid genannt.

Ein kompliziertes Phase-Diagramm der großen technologischen Wichtigkeit ist das des Eisenkohlenstoff-Systems für weniger als 7 % Kohlenstoff (sieh Stahl).

Die X-Achse solch eines Diagramms vertritt die Konzentrationsvariable der Mischung. Da die Mischungen alles andere als verdünnt sind und ihre Dichte, weil eine Funktion der Temperatur gewöhnlich unbekannt ist, ist das bevorzugte Konzentrationsmaß Maulwurf-Bruchteil. Ein Volumen basiertes Maß wie molarity würde unratsam sein.

Kristallphase-Diagramme

Polymorphe und polyamorphic Substanzen haben vielfache kristallene oder amorphe Phasen, die auf eine ähnliche Mode zum festen, der Flüssigkeit und den Gasphasen grafisch dargestellt werden können.

Diagramme von Mesophase

Einige organische Materialien führen Zwischenstaaten zwischen festem und Flüssigkeit durch; diese Staaten werden mesophases genannt. Aufmerksamkeit ist zu mesophases gelenkt worden, weil sie Anzeigegeräte ermöglichen und gewerblich wichtig durch die so genannte flüssige Kristalltechnologie geworden sind. Phase-Diagramme werden verwendet, um das Ereignis von mesophases zu beschreiben.

Siehe auch

• CALPHAD (Methode)
• Das kongruente Schmelzen und incongruent, der schmilzt
• Phase von Gibbs herrscht

• Glasdatenbanken
• Mechanik von Hamiltonian
• Phase-Trennung
• Die Analyse von Schreinemaker

Außenverbindungen

• Eiseneisen-Karbid-Phase-Diagramm-Beispiel
• Wie man ein Phase-Diagramm baut
• Phase-Änderungen: Phase-Diagramme: Teil 1
• Gleichgewicht Fe-C Phase-Diagramm
• Phase-Diagramme für freie Leitungslote
• Phase-Diagramm-Bibliothek von DoITPoMS
• DoITPoMS lehrend und das Lernen des Pakets - "Phase-Diagramme und Festwerden"