6-maruza mashg’uloti:
Mavzu: Uch komponentli sistemalar
Reja.
Qattiq eritmalar. Izomorfizm tushunchasi.
Uch komponentli sistemalar.
Uch komponentli sistemalarning tarkibini ifodalashda Gibbs va Rozebum usullari.
Uch komponentli suyuq sistemadagi izotermik muvozanat.
Tayanch so‘z va iboralar: Qattiq eritmalar. Izomorfizm tushunchasi. Uch komponentli sistemalar. Uch komponentli sistemalarning tarkibini ifodalashda Gibbs va Rozebum usullari. Uch komponentli suyuq sistemadagi izotermik muvozanat.
Uch komponentli sistemaning tarkibini ifodalash uchun teng tomonli uchburchakdan foydalaniladi. Uchburchakning uchlariga toza komponentlarning tarkibi, tomonlariga 2-komponentli sistemalarning tarkibi qo‘yiladi. Uchburchakning ichidagi har bir nuqta uch komponentli sistemaning tarkibini ko‘rsatadi.
Uch komponentli sistemada o‘zgaruvchan kattaliklar sifatida r, T va 2 ta konsentratsiya bo‘ladi. Odatda 3 komponentli kondensirlangan sistemalarning tadqiqoti o‘zgarmas bosimda olib boriladi. 3 ta o‘zgaruvchidan bog‘liq bo‘lgan sistemaning hossalarini fazoviy diagramma orqali ifodalash mumkin, bunday diagramma 3 tomonli to‘g‘ri burchakli prizma ko‘rinishida bo‘ladi. Prizmaning asosini teng tmonli uchburchak tashkil qiladi va u uchlamchi sistemaning tarkibini ko‘rsatadi, balandligi esa temperaturani belgilaydi. Uch komponentli sistemani tekislikda ifodalash uchun bosim ham, temperatura ham o‘zgarmasligi shart.
Teng tomonli uchburchakning uchlari A, V va S toza moddalarga mos keladi. Uchburchakning ichida joylashgan har bir nuqta uch komponentli sistemalarning tarkibini ifodalaydi. Nuqta qanchalik uchburchakning uchiga yaqin bo‘lsa, shu komponentning foizi shunchalik ko‘p bo‘ladi.
Teng tomonli uchburchak vositasida uch komponentli sistemaning tarkibini ifodalash uchun 2 usuldan foydalaniladi: Gibbs va Rozebum usullari.
Gibbs usuliga ko‘ra (V.20-rasm), uch komponentli sistemaning uchburchak ichidagi biror nuqtaga to‘g‘ri keladigan tarkibini aniqlash uchun, o‘sha nuqtadan uchburchakning uchchala tomoniga perpendikulyar tushiriladi. Bu kesmalarning yig‘indisi teng tomonli uchburchakning balandligiga teng, uni 100 % deb qabul qilamiz. Uchburchak ichidagi m nuqta uchburchakning A uchidan uzoqda bo‘lgani uchun bu nuqtadagi aralashmada A komponentning miqdori kam bo‘ladi, ya’ni A ning miqdori uning qarshisidagi tomondan boshlangan perpendikulyarning uzunligi bilan belgilanadi. Masalan, mnuqtadagi aralashmaning tarkibida 40 % A bor. Xuddi shunday usulda V va S komponentlarning tarkibi ham topiladi: 10% V va 50% S.
Rozebum usulida sistemaning tarkibini aniqlash uchun m nuqtadan uchburchakning 2 tomoniga parallel chiziqlar o‘tkaziladi(V.21-rasm). Uchburchakning AV tomonidagi kesmalarning yig‘indisi teng tomonli uchburchakning tomoniga teng.
|
V.20-rasm. Uch komponentli sistema tarkibini Gibbs usulida tasvirlash.
|
R nuqtadan uchburchakning 2 tomoniga o‘tkazilgan parallel chiziqlar AV tomonni 3 ga bo‘ladi va bu AM, MN, va NB kesmalar A, V va S komponentlarning miqdorini beradi.
Uchburchakning V uchining qarshisidagi tomonga chizilgan parallel v kesmani beradi va ushbu kesma V ning miqdorini belgilaydi. Uchburchakning A uchining qarshisidagi tomonga chizilgan parallel a kesmani beradi va u A komponentning miqdorini belgilaydi. Teng tomonli uchburchakning tomonini 100% deb
|
V.21-rasm. Uch komponentli sistema tarkibini Rozebum usulida tasvirlash.
|
qabul qilsak, u holda R nuqta uchun A=50%, V=20% ekanligini hamda S komponentning miqdori 30% ga tengligini aniqlash mumkin.
Uch komponentli sistemalarning holat diagrammalarini tuzishda bosimni o‘zgarmas deb qabul qilsak, sistemaning erkinlik darajasi F=3-F+1=4-Ftenglama bilan ifodalanadi. Temperatura ham o‘zgarmas bo‘lganda erkinlik darajasi F=3-F ifoda orqali aniqlanadi.
Suv bilan ikkita tuz (bir xil ionli) sistemasidagi fazaviy muvozanatni ko‘rib chiqamiz. Agar ikkala tuzda kation va anionlar turlicha bo‘lsa, u xolda sistema 4 komponentli bo‘lib qoladi.
V.22-rasmda suv–bir xil ionli 2 tuz sistemasi izotermik proeksiyasining holat diagrammasi ifodalangan. Tuzlar suv bilan gidratlar yoki qo‘sh tuz, kompleks birikma yoki qattiq eritmalar xosil qilmaydi. Rozebum uchburchagining uchlari N2O, RX va QX toza komponentlariga mos keladi. A nuqta suvning to‘yingan eritmasida RX ning konsentratsiyasini, V nuqta esa, QX tuzining suvning to‘yingan eritmasidagi konsentratsiyasini ko‘rsatadi. AS egrisi RX tuzining QX ning turli tarkibli eritmalaridagi eruvchanligini tavsiflaydi, VS egrisi esa, QX tuzining RX ning suvli eritmasidagi eruvchanligini ko‘rsatadi. S nuqtada eritma ikkala tuz bilan to‘yingan (evtonika) bo‘ladi. N2O cho‘qqi bilan ASV orasidagi maydonda joylashgan har bir nuqta tuzlarning to‘yingan eritmalariga javob beradi. ASRX maydonidagi xoxlagan nuqta 2 ta tuzning eritmasi va RX qattiq tuzdan iborat 2 fazali sistemani ifodalaydi. SVQX maydonidagi xoxlagan nuqta 2 ta tuzning eritmasi va QX qattiq tuzdan iborat sistemani bildiradi. RXSQXmaydoni 3 fazali sistemalarga mos keladi: ikkala tuz bilan to‘yingan S tarkibli eritma hamda RX va QXkristallari.
Agar M figurativ nuqtaga mos keluvchi to‘yinmagan eritma olib, sekin–asta suvni bug‘latsak, suvning kamayib borishi bilan sistemadagi tuzlarning miqdoriy nisbati o‘zgarmaydi. Shuning uchun bug‘latish jarayonida sistemaning tarkibiga javob beruvchi figurativ nuqtalar (N2O) Ye chizig‘ida yotadi. a nuqtada
|
V.22-rasm. Bir xil ionli 2 ta tuzning suvda eruvchanligining diagrammasi. Rozebum uchburchagiga izotermik proeksiya.
|
RX tuzining kristallari ajrala boshlaydi. v figurativ nuqtaga mos keluvchi eritmaning tarkibini topish uchun RX cho‘qqidan va v nuqtadan AS egrisidagi v1 nuqtagacha kesishguncha konnoda o‘tkazamiz.
d nuqtada eritma ikkala tuzga nisbatan to‘yingan bo‘lib qoladi: ushbu eritmaning tarkibi S nuqta bilan ifodalanadi. Suvni bug‘latishni davom ettirsak ikkinchi QX tuzining kristallanishi boshlanadi. Eritmaning tarkibi o‘zgarmas bo‘lib qoladi (S nuqta), chunki 3 ta faza bo‘lganda izotermik proeksiyada erkinlik darajalari soni nolga teng bo‘ladi (F=3; F=k-F=3-3=0). ye nuqtada sistema S tarkibli eritma va RX va QX kristallarining aralashmasidan iborat bo‘ladi. Suv to‘liq chiqarilganda Ye nuqtada RX va QX quruq tuzlarning aralashmasi xosil bo‘ladi. Ushbu tuzlarning massa miqdorlarining munosabati QXEva RXE kesmalarning munosabatiga teng bo‘ladi.
Bir xil ionli va evtonikaga ega bo‘lgan ikki tuz eritmasining holat diagrammasini to‘g‘ri burchakli koordinatalar sistemasida ham ifodalash mumkin. Koordinata o‘qlari bo‘yicha komponentlarning nisbiy miqdorlari qo‘yiladi. Bunday ifodalashda RX va QX toza komponentlarga javob beruvchi nuqtalar cheksizlikda bo‘ladi. S nuqtada eritma ikkala tuz bilan to‘yingan.
M nuqta bilan ifodalangan 2 tuzning to‘yinmagan eritmasidan o‘zgarmas temperaturada suvning bug‘lanishini ko‘rib chiqamiz. Figurativ nuqta OMe to‘g‘ri chizig‘i bo‘yicha siljib boradi, chunki ikkala tuzning sistemadagi massalarining nisbati o‘zgarmayapti. a nuqtada RX tuzining kristallanishi
|
V.23-rasm. Bir xil ionli ikkita tuzning suvdagi eruvchanlik diagrammasi. To‘g‘ri burchakli koordinatalar sistemasidagi izotermik proeksiya.
|
boshlanadi; v nuqtada RX kristallari bilan v1 tarkibli eritma muvozanatda bo‘ladi; d nuqtada ikkinchi QX tuzning kristallanishi boshlanadi (F=3)va eritmaning tarkibi S nuqta bilan tavsiflanadi. Bug‘latish davom ettirilsa ikkala tuz kristallarining ajralib chiqishi davom etadi. Eritmaning tarkibi o‘zgarmaydi, chunki erkinlik darajalarining soni nolga teng (F=k-F=3-3=0).
Agar tuzlar suv bilan gidratlar yoki qo‘sh tuzlar, kompleks birikmalar yoki qattiq eritmalar xosil qilsa, ikki tuznig suvdagi eritmalarining holat diagrammalari ancha murakkab ko‘rinishda bo‘ladi.
Uch komponentli konsentrlangan eritmalarni har qaysi komponentning ulushi ifodalangan diagrammalarni qo‘llash orqali qarab chiqish ancha qulay hisoblanadi. Buning uchun turli ko‘rinishdagi grafiklardan foydalanish mumkin.
Ko‘pincha teng tomonli uchburchakdan foydalanishadi (21-rasm).
Uchburchakning har bir uchidan to‘g‘ri chiziq tushiriladi (Aa, Vv, Kk to‘g‘ri chiziqlar). Har qaysi chiziqni o‘n bo‘lakka teng bo‘lib, ulardan uchburchak tomonlariga parallel chiziqlar o‘tkaziladi. Shu tariqa uchburchakli to‘r hosil qilinadi. Bu to‘r yordamida uch komponentli sistemaning istalgan tarkibini aniqlash mumkin. Buning uchun uchburchakning har bir uchi uchta toza komponent- A, V va S ga muvofiq keladi deb hisoblaymiz. Har bir tomon esa ikki komponentli sistemani bildiradi. Ikki komponentli sistemada tarkib uchburchak uchlaridagi komponentlarga muvofiq keladi. Har qaysi tomondan qarama-qarshi uchga yaqinlashish tegishli komponent miqdorining oshib borishiga proporsional bo‘ladi. Demak, rasmdagi muayyan tomonga parallel o‘tkazilgan to‘g‘ri chiziqlar uchinchi komponentning miqdorini belgilaydi. Har bir to‘g‘ri chiziqdan ikkinchisiga o‘tganda uchinchi komponentning miqdori 10% ga oshganligini bildiradi. Tegishlicha balandliklarda har bir komponentning ulushi ko‘rsatilgan. Masalan, P nuqtaga komponentlarning quyidagi tarkibi muvofiq keladi: A-50%, B-30%, K-20%.
Uchburchakdagi har bir nuqta uch komponentli sistemaning muayyan tarkibini ifodalaydi. Aksincha, har bir muayyan tarkib bitta nuqtani ifodalaydi. Komponentlarning tarkibini mol ulushlarda yoki massa va hajmiy ulushlarda ifodalash mumkin. Bundan tashqari uch komponentli sistemalarning tarkibini boshqacha usulda aniqlash mumkin. Bu usulda ham tarkib uchburchakning nuqtasi sifatida tasavvur etilib, uchburchakning bir tomonidagi uchta bo‘lakka qarab komponentlarning ulushi aniqlanadi (22- rasm).
Bu uchburchakda P nuqta avvalgi uchburchakdagidek holatda turibdi. Rasmdan ko‘rinib turibdiki, AM bo‘lak K komponentning ulushi (20%) ni, NK bo‘lak A komponentning ulushi (50%) ni va MN bo‘lak B komponentning ulushi (30%) ni bildiradi. Shunday qilib, biz ayni nuqtadan uchburchakning ikki tomoniga parallel o‘tkazsak, ular uchinchi tomonni kesib o‘tadi. Barcha bo‘laklar yig‘indisi 100% ni tashkil etadi.
Yuqorida biz uch komponentli sistemalarda muayyan nuqtaga muvofiq keladigan tarkibni aniqlashning ikki usulini qarab chiqdik. Birinchi usulga Gibbs uchburchagi, ikkinchi usulga Rozebum uchburchagi deyiladi.
Uchburchakli diagrammaga xos bo‘lgan ikkita umumiy qonuniyatni qayd etamiz.
1. Uchburchakning qaysidir uchidan o‘tkazilgan istalgan to‘g‘ri chiziqning barcha nuqtalari ikkita boshqa komponent nisbatlari doimiyligiga muvofiq keladi. Masalan, Vv to‘g‘ri chiziq A va S komponentlarining bir xil miqdorini ifodalasa, Bd to‘g‘ri chiziq A komponentning K komponentga bo‘lgan nisbati 3:7 ekanligini ko‘rsatadi.
Yelka qoidasi.
Uchburchakli diagrammalarda yelka qoidasining qo‘llanilishi xuddi ikki komponentli sistemalardagiga o‘xshash. Masalan ikki faza S va T nuqtalarga muvofiq keluvchi tarkibga ega bo‘lsin. U holda bu fazalardan tashkil topgan sistemaning tarkibi har qaysi komponentning nisbiy miqdoriga qarab S va T ni tutushtiruvchi to‘g‘ri chiziqning turli nuqtalariga muvofiq keladi. Agar fazalar bir xil miqdorda olinsa, unda nuqta to‘g‘ri chiziqning o‘rtasida bo‘ladi. Mabodo S bilan ifodalangan faza nisbatan ko‘proq olinsa, nuqta tegishli ravishda unga tomon siljiydi.
Aksincha, S va T fazalar qanday miqdoriy nisbatda R nuqtada bo‘lishini aniqlash kerak bo‘lsa, bu fazalarning miqdori R nuqtadan S va T nuqtalargacha bo‘lgan masofaga teskari proporsional bo‘ladi.
|
