Понятие о физико-химическом анализе. Термический анализ

Для изучения гетерогенных систем применяют методы физико-химического анализа. В основе его лежит изучение какого-либо физического свойства системы (плотности, вязкости, электропроводности, температуры фазового перехода и др.) в зависимости от состава системы.

Найденные из опыта зависимости изображают в виде диаграмм состояния «состав-свойство».

Диаграмма - это совокупность геометрических элементов (точек, линий, плоскостей и т.д.), которые изображают связь между параметрами, определяющими состояние системы, и ее составом. Изучение диаграмм состояния позволяет определить число и состав фаз, составляющих систему при данных условиях, определить границы существования фаз. В основе анализа диаграмм лежат принципы непрерывности и соответствия. Эти принципы сформулированы основателем физико-химического анализа - академиком Н.С. Курнаковым.

Принцип непрерывности: при непрерывном изменении параметров, определяющих состояние системы, свойства ее отдельных фаз изменяются непрерывно до тех пор, пока не изменится число или природа ее фаз.

Принцип соответствия: каждой фазе или совокупности фаз, находящихся в системе в равновесии, соответствует на диаграмме определенный геометрический образ (плоскость, кривая, точка).

Одним из наиболее распространенных видов физико-химического анализа является термический анализ. В основе его лежит экспериментальное изучение температур, при которых в равновесной системе происходят фазовые превращения. Эти температуры определяют по кривым охлаждения (или термограммам), t°=f(t). Кривые охлаждения получают экспериментально для систем с различным соотношением компонентов, фиксируя изменение температуры во времени в процессе естественного охлаждения. Процессы фазового перехода, происходящие в системе, сопровождаются тепловыми эффектами и приводят к появлению изотермических остановок или изменению угла наклона термограммы.

Построение термограмм широко применяется при изучении свойств и состава сплавов, природных и искусственных минералов. По кривым охлаждения строят диаграммы состояния (фазовые диаграммы) гетерогенных систем. Они позволяют определять области существования возможных фаз гетерогенной системы в зависимости от условий: состава системы, температуры, давления. Нами будут рассмотрены далее основные типы диаграмм состояния одно- и двухкомпонентных гетерогенных систем. В качестве примеров приведены некоторые фазовые диаграммы минералов и сплавов. Более сложные типы диаграмм многокомпонентных систем можно найти в специальной литературе. В списке литературы, приведенном в конце учебного пособия, приведено несколько таких изданий.