Mavzu: Ikki komponentli sistemalar. Yelka qoidasi mundarija kirish

1.2 Yelka qoidasi
Suyuqlanish (holat) diagrammasidan foydalanib nafaqat muvozanatdagi fazalarning soni va ularning tarkibini, balki turli fazalar massalari orasidagi munosabatni ham aniqlash mumkin. Bunda yelka qoidasidan foydalaniladi. Uni quyidagi misolda tushuntiramiz.
Bu f₀ figurativ nuqtaga V komponentning u₀, massa % ni tutgan sistema mos keladi. Bu sistema 2 ta fazadan iborat: AV kristallari (f₂ nuqta) va suyuqlanma
(f₁ nuqta). Ularda V komponentning miqdori u₂ va u₁ massa % ni tashkil qiladi. Umumiy material balansni quyidagicha ko‘rsatish mumkin:
m₀=m₁+m₂ (1.4.1)
bu yerda m₀ –butun sistemaning massasi; m₂va m₁–AV kristallarning va suyuqlanmaning massalari.
V komponentning material balansini quyidagi tenglama orqali ifodalash mumkin
(1.4.2)
(1.4.1) va (1.4.2) tenglamalardan m₀ni yo‘qotib, quyidagi munosabatni olamiz:
(1.4.3)
Ushbu munosabat yelka qoidasi deyiladi.
u₀-u₁=f₀f₁va u₂-u₀=f₀f₂ bo‘lgani uchun, yelka qoidasini quyidagicha yozishimiz mumkin:
bundan
m₂ (f₀f₂)=m₁(f₀f₁) (1.4.4)
Yelka qoidasi nomi (1.4.4) tenglamaning mexanikada yelka uchun chiqarilgan tenglama bilan o‘xshashligi sababli berilgan: bunda f₁f₂ kesmani f₀ suyanchiqlik yelka, fazalarning m₁va m₂ massalarini yelkaning uchlaridagi yuk, desak bo‘ladi.
(1.4.1) va (1.4.4) tenglamalarni birgalikda yechib, m₁va m₂ noma’lumlarni topish mumkin (agar m₀, u₁ va u₂ lar berilgan bo‘lsa).


Komponentlari o‘zaro cheksiz va chekli eriydigan qattiq eritmali sistemalar
Ikki yoki undan ko‘proq komponentlardan iborat tarkibi o‘zgaruvchan bir jinsli sistemalarni qattiq eritmalar deyiladi. Qattiq eritmalar 2 xil bo‘ladi: kiritib joylashtirilgan va o‘rin olish natijasida xosil bo‘lgan qattiq eritmalar.
Kiritilgan qattiq eritmalarda bir komponentning zarrachalari (atom, molekula, ion) ikkinchi komponent kristall panjarasining tugunlari orasida joylashadi. Bunday eritmalar, masalan, metallmaslarni (bor, uglerod, vodorod, azot) metallarda eritib olinadi.
O‘rin olish qattiq eritmalarida bir komponentning zarrachalari boshqa komponentning kristall panjara tugunlaridagi zarrachalarining o‘rnini oladi. O‘rin olish qattiq eritmalarida panjara turi va atomlar soni saqlanadi, lekin uning hajmi va zichligi o‘zgaradi. Kristall panjaradagi bunday o‘zgarish izomorf o‘zgarish yoki izomorfizm xodisasi deyiladi. Qattiq eritma xosil bo‘lishi uchun qator shartlar bajarilishi kerak. Masalan, ion kristall panjarali birikmalar uchun komponentlarning kimyoviy tuzilishi bir xil bo‘lishi, ionlar zaryadlarining ishoralari teng bo‘lishi, ion radiuslarining iloji boricha yaqinligi, simmetriyaning va kristall yacheyka o‘lchamlarining o‘xshashligi talab qilinadi. Ikkita izomorf komponentning zarrachalari kristall panjara tugunlarida bir-birini butunlay xaotik ravishda almashtiradi.
Qattiq eritmalar kimyoviy birikmalardan (K₂SO₄va Rb₂SO₄; KMnO₄va KKlO₄)va oddiy moddalardan (Ku va Au; Ag va Pt)xosil bo‘lishi mumkin. Bertollidlar qattiq eritmalarga kiradi, ularning kristall tuzilishi boshlang‘ich komponentlarnikidan farq qiladi.
1). Qattiq eritmalar xosil qiladigan sistemalar.
M figurativ nuqta bilan belgilangan qotishmaning sovishini ko‘rib chiqamiz.
T_a temperaturada a₀ nuqtada qattiq eritmaning kristallanishi boshlanadi va 2 fazali sistema xosil bo‘ladi: u₀ takribli suyuqlanma u₃ tarkibli qattiq eritma bilan muvozanatda bo‘ladi. T_a va T_s temperaturalar intervalida erkinlik darajalir soni 1 ga teng (F=2-2+1=1)va har bir temperaturaga suyuq va qattiq eritmalarning ma’lum tarkiblari mos keladi. Masalan, v₀ figurativ nuqtadagi u₀ tarkibli sistema 2 ta fazadan tarkib topgan: u₁ tarkibli suyuq eritma (v₁ nuqta) va u₂ tarkibli qattiq eritma (v₂ nuqta).
Richag qoidasiga binoan v₀ figurativ nuqta uchun ; m₁+m₂=m₀,
bu yerda m₀ –suyuqlanma massasi; m₁va m₂ –suyuqlanma va qattiq eritmalarning massalari. Suyuqlanmaning to‘la qotishi T_stemperaturada sodir bo‘ladi; bunda qattiq eritmaning u₀ tarkibi (S₀ nuqta) a₀ boshlang‘ich suyuqlanmaning u₀ tarkibiga mos keladi.
2). Chekli eruvchanlikka ega bo‘lgan qatiiq eritmali sistemalar.
Chekli eruvchan holat diagrammalari 2 turli bo‘ladi.1-turdagi holatdiagrammalariga 2 ta qattiq eritma tutgan sistemalar kiradi.
1–turga mansub sistemalarda qattiq eritmalar barcha temperaturalarda barqaror bo‘ladi. Bunda A va V komponentlar sistemada toza xolda ajralib chiqmaydi, balki qattiq eritmalar holida ajralib chiqadi. Bunday sistemalarda faqatma’lum tarkibli qattiq eritmalar xosil bo‘ladi. a va v nuqtalar orasida A ning V dagi qattiq eritmasi bilan V ning A dagi qattiq eritmasi aralash holda bo‘ladi.
Agar k tarkibli suyuq qotishmani sovita borsak, ye nuqtaga kelguncha sistema birgina fazadan, ya’ni suyuq qotishmadan iborat bo‘ladi. m nuqtada vaxattoki n nuqtada ham (to‘la qotib bo‘lmagan) sistema 2 fazali bo‘ladi: E tarkibli suyuq evtektik qotishma va v tarkibli qattiq eritma. Sovitish yana davom ettirilsa, evtektikqotishma qotadi va a tarkibli va v tarkibli qattiq eritmalar aralashmasi hosil bo‘ladi. Bu jarayon vaqtida fazalar soni 3 ta bo‘ladi: E tarkibli suyuq qotishma; a tarkibli qattiq eritma ( -kristallari); v tarkibli qattiq eritma ( -kristallari). Kristallanish batamom tugagandan keyin sistema 2 fazali bo‘lib qoladi:  -kristallari va  -kristallari. Masalan, q nuqtadagi sistema r takribli qattiq eritma bilan S tarkibli qattiq eritma aralashmasidan iborat. Fazalarning miqdorlari orasidagi nisbat qs va qr masofalar orasidagi nisbatga tengdir (elka qoidasi).
Quyidagi V.16-rasmda kumush-mis sistemasining xolat diagrammasi 1-tur diagrammasining misoli sifatida keltirilgan.
Ushbu diagrammada AE va VE –likvidus chiziqlari, AS va VD –solidus chiziqlari va E –evtektik nuqta. Likvidusdan yuqorida mis va kumush qotishmasi suyuq holatda bo‘ladi.  va  lar bilan belgilangan sohalarda qattiq eritmalar bo‘ladi. ASE va VDE sohalarida suyuq faza bilan qattiq fazalar muvozanatda bo‘ladi.
Nihoyat, SED chizig‘ining pastida kumushning misdagi qattiq eritmasi bilan misning kumushdagi qattiq eritmasidan iborat aralashma bo‘ladi.
Agar tarkibi evtektik qotishmaga to‘g‘ri keladigan suyuq qotishma (i)sovitilsa, temperatura 779 ⁰S da sistema qota boshlaydi, natijada misning kumushdagi S tarkibli qattiq eritmasi va kumushning misdagi D tarkibli qattiq eritmasi hosil bo‘ladi.
Bunday diagrammalar, umumiy holda, komponentlarning bir-birida eruvchanligi o‘zgarishi bilan quyidagicha o‘zgaradi:

1. 
   Qattiq komponentlarning bir–birida eruvchanligi ortib borsa, V.15-rasmdagi evtektik chiziq (av) qisqaradi. Eruvchanlik ortaversa, borib-borib a nuqta bilan v nuqta birlashadi. Unda V.15–rasmdagi diagramma V.14, b–rasmdagi diagrammaga aylanadi. V.14,a, b–rasmlarda tasvirlangan sistemalarning komponentlari suyuq holatda ham, qattiq holatda ham bir–birida cheksiz eriydi. Diagrammaning S nuqtasi bilan ifodalangan qattiq eritma yuqorida ta’kidlaganimizdek, xuddi toza modda kabi, o‘zgarmas temperaturada suyuqlanadi, uning kimyoviy tarkibi ham doimo bir xil bo‘ladi, lekin u kimyoviy birikma emas, balki qattiq eritmadir.
   
2. 
   Qattiq eritma komponentlarining bir–birida eruvchanligi kamayib borsa, evtektik chiziq (av) uzayadi; eruvchanlik kamayaversa, T_Aas va T_Vvdchiziqlari ordinata chiziqlari bilan birlashib ketadi. Vaholanki shunday ekan, u vaqtda 1 ta evtektikali oddiy diagramma xosil bo‘ladi. Ammo ushbu diagrammada solidusdan pastda qattiq eritmalarning aralashmasi (+) bo‘ladi, oddiy diagrammada esa, komponentlar qattiq holatda bir–birida erimasdan, alohida–alohida kristallanadi.