Phase Composizione Binario Options

Veniamo ora lo scopo principale di questo articolo - l'applicazione dei metodi precedenti allo studio dei diagrammi di fase. Una lega binaria può avere quattro diversi tipi di costituzione: (a) Una miscela di due fasi immiscibili (fortunatamente questo è raro). (B) Una singola fase in cui gli atomi di entrambi i tipi occupano posizioni sullo stesso lattice - una soluzione solida. (C) una fase con struttura diversa da quella di uno dei costituenti - un composto intermetallico. (D) una miscela intima di due fasi - una lega a due fasi. Non ci possono essere più di due fasi in equilibrio in generale. soluzioni solide sono molto comuni. Se essi sono uno degli elementi che sono detto di essere primaria altrimenti sono secondari. Se i due elementi hanno la stessa struttura, come rame e nichel, la soluzione solida può estendersi da una all'altra. Ma la maggior parte dei sistemi hanno una successione di soluzioni solide e composti intermetallici, come esemplificato in Fig. 6. Gli intervalli dei vari campi di fase varia quasi sempre con la temperatura. Figura 6: Un diagramma di fase binaria che mostra due soluzioni solide primarie e ed una soluzione solida secondario. Figura 6 è chiamato un diagramma di fase. I due elementi sono designati A e B. e vicino alla A possiamo vedere che una soluzione solida di B in A è formato alla temperatura T. questo estende da C a D. A D è saturo di B. e più di metallo B provoca una seconda fase per formare la regione bifasica estende da D a E. Tra E ed F è presente solo, e da F a G esiste un'altra regione bifasica. Infine, vi è un'altra soluzione solida, di A atomi in B. La regione può essere così stretta che nessuna variazione della composizione è osservabile è quasi un composto chimico. I vari campi fase - monofase e bifase - solito variano con la temperatura e talvolta un'altra struttura appare a temperature più elevate. Il liquido L è tale fase, ma non deve far fronte a questo fenomeno qui metodi a raggi X sono di scarsa utilità nel trattare con i liquidi. L'oggetto della ricerca metallografico è misurare le estensioni delle varie regioni monofase e bifase a diverse temperature. Il primo passo nell'esaminare leghe di due metalli è stabilire le strutture di questi metalli questo è di solito facile come metalli hanno spesso una delle strutture cui modelli sono mostrati in Fig. 4. Poi abbiamo esaminare in che misura le regioni della soluzione solida si estendono. Questo si può fare prendendo fotografie di leghe di diverse composizioni vicino agli elementi e di vedere quando appaiono linee extra di una nuova fase. Questo però è ruvida solo. Per trovare con precisione un punto come D. tracciamo un grafico della grata parametro a contro composizione (assumendo che la struttura è cubica), quindi misurare il parametro reticolare della stessa fase in qualsiasi lega bifase in una regione bifasica le composizioni delle due fasi sono fissi e solo le proporzioni cambiano. Il punto di confine D è data dal punto sul grafico dove parametro reticolare bifase menzogna (Fig. 7). Figura 7: Trovare la solubilità di B in A. Per trovare gli equivalenti del punto D a diverse temperature dobbiamo riscaldare la lega in massa fino a quando l'equilibrio è raggiunto. (Il tempo necessario avrebbe dovuto essere trovata per tentativi ed errori - che è, trovando i tempi che danno risultati coerenti.) Polvere viene poi presa dalla lega, e questo deve essere ricotto di nuovo alla stessa temperatura per eliminare gli effetti del lavorazione a freddo (sezione 1). La polvere deve essere in un piccolo contenitore che può essere immerso improvvisamente in acqua fredda (quenched), con la speranza che la struttura ad alta temperatura viene mantenuta. Senza precise regole può essere dato come molto dipende dalle proprietà del sistema, in lega considerato. Un metodo più semplice è quello di fare fotografie alle temperature richieste, ma questo richiede telecamere ad alta temperatura specializzati che non possono essere disponibili. La procedura di raffreddamento deve sempre essere provato prima. Ci sono molti problemi in questo tipo di lavoro, e nessun conto in grado di affrontare in modo adeguato con tutti loro. Trovare le giuste condizioni di solito è una ricerca in sé e metodi di X-Ray può spesso aiutare a ridurre il tempo di ricerca. Ad esempio, la mancanza di equilibrio di solito porta a ampliato le linee. Per leghe diverse cubica il lavoro è più complicato, ma i principi sono gli stessi. Per una struttura esagonale due parametri reticolari possono essere usate e si può agire come un controllo sull'altro. (Si spera che danno la stessa risposta) copia Copyright 1984 1998 Unione Internazionale di determinazione CrystallographyExperimental di 2 componenti di fase diagrammi come un esempio, sono state andando a guardare come si potrebbe fare per determinare la stabilità di una miscela di 2 minerale fasi, a e B. Per eseguire questi esperimenti si comincia con minerali puri a e B e poi fare miscele in proporzioni variabili. Ognuna di queste miscele, oltre alla pura A e B rappresentano pura differenti composizioni. In questo caso, stiamo solo andando a guardare come la stabilità varia come con la temperatura e la composizione, tenendo costante la pressione a 1 atmosfera. Questo tipo di esperimento può essere fatto in un forno a temperatura controllata. Pressione non deve essere controllato perché le relazioni di fase saranno determinati a pressione atmosferica. Le varie composizioni sono posti in una capsula che non reagiscono con una qualsiasi delle fasi prodotte. Normalmente questo sarebbe Platinum. Ogni miscela viene poi messo in forno, la temperatura viene portata a un certo punto e mantenuto a questa temperatura sufficientemente lungo per equilibrio tra tutte le fasi a verificarsi. Le capsule sono poi rapidamente rimossi dal forno e raffreddati rapidamente. La rapida diminuzione della temperatura che si verifica durante la tempra aiuta ad assicurare che nessun ulteriori reazioni avvengono e l'assemblaggio fase che era presente alla temperatura più alta è conservato a temperatura ambiente. Durante tempra, qualsiasi liquido che può essere presente ad alta temperatura è risultato essere di vetro. Dopo raffreddamento, ogni capsula viene aperta e le fasi presenti sono determinati utilizzando un microscopio. Nell'esempio mostrato, usiamo i simboli diversi per rappresentare le associazioni di fase minerale presenti per ogni corsa composizione. In questa serie di esperimenti 6 assemblaggi differenti sono trovati, e sono riportati su un diagramma con temperatura dell'esperimento tracciata sull'asse verticale, e la composizione in termini di A o B tracciata sull'asse orizzontale. Si noti che trame puri A a 100 A, che corrisponde a 0 B, e appezzamenti B puro a 100B, che corrisponde a 0 A. Si noti anche che non esperimenti sono stati eseguiti a temperature superiori a quelle in cui il primo liquido completa apparve per ogni composizione. Una volta che i punti sono tracciati, possiamo quindi disegnare le curve di best-fit o linee tra i punti dati per determinare la temperatura - campi di stabilità Composizione per i vari assemblaggi di fase. Questi curveslines sono mostrati qui, ed i campi di stabilità per ciascuna fase di montaggio sono etichettati. il diagramma di fase risultante è chiamato un diagramma eutettica binario. Non tutti i diagrammi di fusione binari simile a questa, ma questo è il più semplice e il tipo che si discuterà prima. DUE COMPONENTI EUTETTICO SISTEMI Figura 1 mostra il più semplice dei due diagrammi di componenti. I componenti sono A e B, e le possibili fasi sono cristalli puri di A, cristalli puri di B, e liquidi con composizioni che variano tra puro A e B. pura Composizioni sono tracciati sul fondo del diagramma. Si noti che la composizione può essere espresso come una percentuale di A o una percentuale di B, poiché la percentuale totale deve essere uguale a 100. (Le composizioni possono anche essere espressi come frazione molare di A o B, nel qual caso il totale deve sommare 1). Temperatura o pressione viene tracciata sull'asse verticale. Nel caso mostrato, consideriamo pressione sia costante, e quindi hanno tracciato temperatura sull'asse verticale. Le curve che separano i campi di un liquido da liquido e B liquido da liquido sono chiamate curve di liquidus. La linea orizzontale che separa i campi di un liquido e B liquido da un B tutti i solidi, è denominata solidus. Il punto, E, dove le curve di liquidus e solidus intersecano, viene definito il punto eutettico. Al punto eutettico in questo sistema a due componenti, tutte le tre fasi, che è liquido, cristalli di A e cristalli di B, tutti esistono in equilibrio. Si noti che l'eutettico è l'unico punto sul diagramma dove questo è vero. Essendo guardando un sistema a pressione costante, la regola delle fasi in questo caso è F C 1 - P. Il punto eutettico è quindi punto invariante. Se si cambia la composizione del liquido o la temperatura, il numero di fasi sarà ridotto a 2. Se il sistema contiene solo puro A, allora il sistema è un sistema di componenti e la fase A fonde a una sola temperatura, la temperatura di fusione di pura A, T m A. Se il sistema contiene solo puro B, allora è un sistema monocomponente e B fonde solo alla temperatura di fusione del puro B, T m B. Per tutte le composizioni tra puro A e B puro, la temperatura di fusione è drasticamente ridotto, e la fusione inizia alla temperatura eutettica T E. Si noti che per tutte le composizioni tra A e B fusione si verifica anche in un intervallo di temperature tra solidus e liquidus. Questo vale per tutte le composizioni tranne uno, quello del eutettico. La composizione eutettica fonde a una sola temperatura T E. Passiamo ora in considerazione la cristallizzazione di un liquido con la composizione X in Figura 1. In primo luogo, però, dobbiamo affermare la seguente regola, che deve essere sempre obbedito: Regola 1 - In cristallizzazione di equilibrio o di fusione in un sistema chiuso, la composizione finale del il sistema sarà identico alla composizione iniziale del sistema. Pertanto, secondo la regola 1, la composizione X, che è costituito da una miscela di 80 A e 20 B, avrà, come prodotto cristallino finale una miscela di 80 cristalli di A e 20 B. cristalli di Composizione X sarà tutto liquido sopra la temperatura T 1. perché si trovano nel campo di tutti Liquid. Se la temperatura è abbassata a T 1. a T 1 cristalli di A iniziano a formarsi. Ulteriore abbassamento della temperatura provoca più cristalli di A per formare. Come risultato, la composizione liquida deve diventare più arricchita in B come più cristalli di Forma fuori del liquido. Così, con l'abbassamento della temperatura, la composizione liquida cambierà dal punto 1 al punto 2 al punto 3 al punto E quando la temperatura si abbassa da T 1 e T 2 T 3 T E rispettivamente. A tutte le temperature tra T 1 e T E. due fasi saranno presenti nel liquido del sistema e cristalli di A. Alla temperatura eutettica, T E. cristalli di B cominceranno a formarsi, e tre fasi coesisteranno cristalli di A, di B, cristalli e liquidi. La temperatura deve rimanere a T E finché una delle fasi scompare. Così, quando il liquido cristallizza completamente, solo puro solido A e solido puro B rimarranno e miscela di questi due fasi solide saranno nelle proporzioni della miscela originale, cioè 80 A e 20 B. La storia cristallizzazione della composizione X può essere scritto in forma abbreviata come segue: T gt T 1 - tutto il liquido a TE - ABT liquido lt TE - AB tutto solido Se dovessimo fermare il processo di cristallizzazione in qualsiasi momento durante la cristallizzazione e osservare quanto di ogni fase è presente siamo in grado di utilizzare il seguente esempio per determinare che cosa vorremmo vedere. Ad esempio, ad una temperatura T 2 la quantità di cristalli di A e liquidi (gli unici due fasi presenti a questa temperatura) potrebbe essere determinata misurando la distanza a e b nella figura 1. Le percentuali sarebbe poi essere in regola della leva : cristalli di a b (ab) x 100 liquido a (ab) x 100 notare che, poichè la quantità di cristalli deve aumentare con la temperatura che cade la distanza proporzionale tra la linea verticale che segna la composizione iniziale e le liquidus aumenta la temperatura scende. Così la distanza utilizzata per calcolare la quantità di solido è sempre misurata verso il lato liquido della composizione iniziale. Alla temperatura T 3. notare che più cristalli devono essere formati dalla distanza proporzionale d (cd) è maggiore della distanza proporzionale b (ab). Così a T 3 la regola della leva dà: cristalli di A d (d c) x 100 liquido c (c d) x 100 A T 3. notare che la composizione del liquido è data al punto 3, ossia 53 A, la composizione del solido è puro A, e la composizione del sistema è ancora 80 A e 20 B. Assicurarsi di comprendere la differenza tra composizione fasi e la quantità o le percentuali delle fasi. Il processo di fusione è esattamente l'inverso del processo di cristallizzazione. Cioè se abbiamo iniziato con la composizione X ad un certo temperatura inferiore T E il primo liquido formerebbe a T E. La temperatura dovrebbe rimanere costante a T E finché tutti i cristalli di B sono state fuse. La composizione liquida sarebbe quindi modificare lungo la curva del liquido da E al punto 1 come temperatura aumentato fino al raggiungimento della temperatura T 1. Sopra T 1 il sistema conterrebbe solo liquida con una composizione di 80 A e 20 B. Il processo di fusione in forma abbreviata è elencato di seguito: T lt TE - tutto solido AB a TE - Liquid ABT gt T 1 - tutti LiquidBinary diagrammi di fase diagrammi sono rappresentazioni grafiche del liquido, vapore e fasi solide che coesistere in varie gamme di temperatura e pressione all'interno di un serbatoio. diagrammi di fase binari descrivono la coesistenza di due fasi ad una gamma di pressioni per una data temperatura. fase binaria diagrammi fig. 1 è una pressione-composizione (p-x-y) diagramma di fase che mostra il comportamento di fase vaporliquid tipico per un sistema binario ad una temperatura fissa di sotto della temperatura critica di entrambi i componenti. A pressioni inferiori alla pressione di vapore del componente 2, p v 2. qualsiasi miscela dei due componenti forma una singola fase vapore. A pressioni tra P v 1 e p v 2. due fasi possono coesistere per alcune composizioni. Per esempio, alla pressione p b. due fasi si verifica se la frazione molare del componente 1 x compreso tra B e E x. Se la composizione della miscela è x B. sarà tutto il liquido se la composizione della miscela è x E. sarà tutto vapore. A temperatura e pressione costante, la linea che collega una fase liquida e una fase vapore in equilibrio è noto come linea di collegamento. In diagrammi di fase binari, come Fig. 1. le linee di giunzione sono sempre orizzontale perché le due fasi sono in equilibrio ad una pressione fissa. Per 1 mole di miscela di composizione generale, z. tra x B e x E. il numero di moli di fase liquida è Eq. 1 è una regola leva inversa perché è equivalente a una dichiarazione concernente le distanze lungo una linea di collegamento dalla composizione complessiva alle composizioni liquide e vapore. Così, la quantità di liquido è proporzionale alla distanza dalla composizione complessiva della composizione del vapore, diviso per la lunghezza della linea di collegamento. Figura. 1 Diagramma pressione-composizione per una miscela binaria ad una temperatura inferiore alla temperatura critica di entrambi i componenti. Diagrammi di fase, come Fig. 1 può essere determinato sperimentalmente ponendo una miscela di composizione generale fissato in una cella ad alta pressione e misurare le pressioni a cui fasi appaiono e scompaiono. Ad esempio, una miscela di composizione x B mostrerebbe il comportamento indicato qualitativamente in Fig. 2. Ad una pressione minore di p d (Fig. 1), la miscela è un vapore. Se la miscela viene compressa iniettando mercurio nella cellula, il primo liquido, che ha composizione x A. appare alla pressione del punto di rugiada, p d. Quando la pressione viene aumentata ulteriormente, il volume di liquido cresce come più dei condensa fase vapore. L'ultima vapore di composizione x E scompare alla pressione bubblepoint, p b. Figura. 2 comportamento volumetrico di una miscela binaria a temperatura costante che mostra una pressione bubblepoint. Se la temperatura del sistema è superiore alla temperatura critica di uno dei componenti, il diagramma di fase è simile a quello mostrato in Fig. 3. Alla temperatura elevata, la regione a due fasi non si estende alla pura Componente 1 lato del diagramma. Invece, vi è un punto critico, C. in cui le fasi liquida e vapore sono identici. Il punto critico avviene alla pressione massima della regione bifasica. Il comportamento volumetrico di miscele contenenti meno Componente 1 rispetto alla miscela critica, x c. è come quello mostrato in Fig. 2. Figura. 4 mostra il comportamento volumetrico di miscele contenenti più componenti 1. La compressione della miscela di composizione x 2 (in Fig. 3) porta alla comparsa della fase liquida della composizione x 1 quando viene raggiunta la pressione p d 1. Il volume di liquido prima cresce e poi diminuisce con l'aumentare della pressione. La fase liquida scompare quando viene raggiunta la pressione p d 2. Tale comportamento è chiamato vaporizzazione retrograda o condensa retrograda se la pressione è in diminuzione. Figura. diagramma di fase 3 Pressione-composizione per una miscela binaria ad una temperatura superiore alla temperatura critica del componente 1. Fig. 4 comportamento volumetrico di una miscela binaria a temperatura costante mostrando condensazione retrograda. Se la temperatura del sistema è esattamente uguale alla temperatura critica di Componente 1, il punto critico nel diagramma di fase pressione-composizione binaria è posizionato ad una frazione molare Componente 1 di 1.0. Figura. 5 mostra l'andamento delle regioni bifase come la temperatura aumenta. All'aumentare della temperatura, il punto si sposta critici alle concentrazioni più basse di componenti 1. Poiché la temperatura critica del componente 2 viene avvicinato, la regione bifasica restringe, scomparire del tutto quando viene raggiunta la temperatura critica. Figura. 5 Regioni di temperatura, pressione e composizione che richiedono due fasi avvengono in un sistema liquidvapor binario. Figura. 6 mostra una tipica locus di temperature critiche e pressioni per un paio di idrocarburi. Il locus critica mostrato in Fig. 6 è la proiezione della curva critica in Fig. 5 sulla p - T piano. Così, ogni punto della locus critica rappresenta una miscela critica di composizione diversa, anche se le informazioni di composizione non viene mostrato in questa figura. Per temperature tra la temperatura critica del Componente 1 e Componente 2, la pressione critica delle miscele può essere molto superiore alla pressione critica di entrambi i componenti. Così, due fasi possono coesistere a pressioni molto maggiori rispetto alla pressione critica di entrambi i componenti. Se la differenza di peso molecolare dei due componenti è grande, il locus critica può raggiungere pressioni molto elevate. Figura. 7 dà loci critica per alcune coppie di idrocarburi. 1 Fig. 6 Diagramma pressione-temperatura: una proiezione del vapore pressione p v 1 e p v 2) curve e luogo dei punti critici per le miscele binarie. Punto C 1 e C 2 sono i punti critici dei componenti puri. Figura. 7 curve Vapor-pressione per idrocarburi leggeri e loci critico per le coppie di idrocarburi selezionati. I diagrammi di fase binari qui recensiti sono quelli più comunemente riscontrati. Tuttavia, diagrammi di fase più complessi che coinvolgono equilibri liquidliquid e liquidliquidvapor si verificano nei sistemi di idrocarburi a temperature molto basse (ben al di fuori della gamma di condizioni incontrate in serbatoi o separatori di superficie) e di CO 2 sistemi di petrolio greggio a temperature inferiori di circa 50C. Vedere Stalkup 2 e Orr e Jensen 3 per le recensioni di tale comportamento di fase. Riferimenti GPSA. 1972. GPSA Ingegneria Data Book, 9 ° edizione. Tulsa, Oklahoma: Processori gas Fornitori Association. Stalkup Jr. F. I. 1983. Miscibile Displacement, vol. 8. Richardson, Texas: Henry L. Doherty Monograph Series, SPE. Orr, F. M. Jr. e Jensen, C. M. 1984. Interpretazione di pressione-composizione della fase Schemi per CO2Crude sistemi di olio. SPE J. 24 (5): 485497. SPE-11125-PA. dx. doi. org10.211811125-PA. carte degno di nota in OnePetro Utilizzare questa sezione per elencare i documenti in OnePetro che un lettore che vuole saperne di più dovrebbe assolutamente leggere Collegamenti esterni Utilizzare questa sezione per fornire collegamenti a materiale rilevante su siti diversi dal PetroWiki e OnePetroTo determinare composizioni di fasi e le proporzioni relative di fasi tra loro nei diagrammi binari si utilizza la regola della leva. Composizioni per la regola della leva ancora una volta indietro al nostro sistema binario ipotetico punto I si trova al di sopra del liquidus nel campo liquido. Qual è la composizione, in termini di due componenti membro finali, A e B, del liquido rappresentato da questo punto per determinare la composizione di I è necessario effettuare le seguenti operazioni: Tracciare una linea attraverso ho perpendicolare AB aderire, vale a dire la base del diagramma. Questa linea rappresenta una linea di composizione costante e viene indicato come un isopleth. Il liquido che è costituito da una miscela di A e B, le proporzioni che possono essere determinate semplicemente misurando la lunghezza di tre linee, AI, BI e AB e quindi il rapporto di queste lunghezze. A Báb 100 B iaab 100 Questo ci dà la composizione massa del liquido, a questo punto. Se il punto di composizione per le mosse allora otteniamo una nuova composizione di massa per quel punto rappresentato dalla nuova liquid. Point Z Al punto rappresentato da Z ci sono diverse questioni da considerare: Qual è la composizione grosso del punto Z punto Z è la stessa composizione di massa come punto I, utilizzata soprattutto, come si trova sullo stesso isopleth, ma ad una temperatura inferiore. Quali fasi sono presenti Point Z si trova nel campo dove due fasi, B L, sono in equilibrio, therfore le due fasi presenti devono essere B soild e liquido. Quali sono le proporzioni delle fasi presenti Per determinare le proporzioni di BL a Z, eseguire le seguenti operazioni: (. Questa linea è ad una temperatura costante ed è una isoterma) disegnare una linea attraverso Z, parallelo alla base del diagramma questa linea dovrebbe estendersi solo ai confini del campo BL - Punti X e Y. Misurare le tre segmenti di linea - ZX, Zy e XY e il rapporto di queste lunghezze utilizzando la regola della leva. B ZXXY 100 38 B L ZYXY 100 62 L Quali sono la composizione delle fasi presenti al punto Z, se dovessimo esaminare il sistema vedremmo cristalli di B in una matrice vetrosa (il liquido) in equilibrio. I punti X e Y ci aiutano a determinare le compostions delle due fasi. Poiché questo è il più semplice sistema binario possibile, uno che non presenta soluzione solida, tutte le fasi solide sono di composizione fissa. Point Y si trova sul lato destro del sistema binario in cui abbiamo 100 B e 0 A, therfore il solido rappresentato da Y deve avere una composizione di Pure B. La composizione del liquido in equilibrio con la Pure B è rappresentato da X , sulla superficie liquidus. Per determinare la composizione del liquido a X, disegnare un isopleth fino alla base del diagramma. Ora misura tre segmenti AX, BX e AB, rapporto di questi con la Regola leva per ottenere la composizione del liquido X, in termini di A e B, le due componenti che definiscono il sistema. A BXAB 100 40 A B AXAB100 60 B Composizioni liquide sono sempre espressi in termini di due componenti utente estremità che definiscono il sistema. Allo stesso modo la composizione di qualsiasi fase solida (100 B, 0 A) e la composizione di massa (40 A, 60 B) di qualsiasi liquido è anche espresso in termini di componenti utente finale.