Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta

Slides:



Advertisements
Samankaltaiset esitykset
Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2013 Teema 2 - Luento 2
Advertisements

Pisteellä ei ole ulottuvuutta. Sitä merkitään isolla kirjaimella.
Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2013 Teema 1 - Luento 3
Olomuodosta toiseen.
Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2013 Teema 1 - Luento 5
Alkuaine, yhdiste vai seos?
Iitin yläkoulu 9. Luokka Antti Halme
Kandidaatintyö prosessimetallurgian laboratoriossa
Derivaatta MA 07 Derivaatta tarkoittaa geometrisesti käyrälle piirretyn tangentin kulmakerrointa.
Kurssin tavoitteet, sisältö ja toteutus
Metallurgiset liuosmallit: Yleistä
Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014 Standarditilat Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2014 Teema 2 - Luento 2.
Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2014 Teema 1 - Luento 1
Heterogeeninen tasapaino
Puhtaat aineet ja seokset
1.1. Itseisarvo * luvun etäisyys nollasta E.2. Poista itseisarvot
Ellinghamin diagrammit
Janan keskinormaali A A ja B ovat janan päätepisteet ja M sen keskipiste. M Janan keskinormaali on kohtisuorassa janaa vastaan sen keskipisteessä. AM =
Sulamisen ja jähmettymisen tarkastelu faasipiirroksia hyödyntäen
OLOMUODON MUUTOKSET KUMPI SULAA HELPOMMIN, JÄÄ VAI TINA?
Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2012 Teema 1 - Luento 5
Metallurgiset liuosmallit: WLE-formalismi
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, yliopisto-opettaja Prosessimetallurgi(n)a Oulun yliopistossa P i e t a r i B r a h e n R o.
1. lukion kemian kurssin toteutus Tavoite Opiskelijat *saavat käsityksen kemian mahdollisuuksista * innostuvat opiskelemaan kemiaa *oppivat havainnoimaan.
Homogeeninen kemiallinen tasapaino
1. Usean muuttujan funktiot
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014 Faasipiirrokset, osa 1: Laatiminen sekä 1-komponenttipiirrosten tulkinta Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa.
3.1. DERIVAATAN MÄÄRITELMÄ
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, Prosessimetallurgian opintosuunta Opintosuuntien informaatiotilaisuus Perjantai
Teräksen jähmettyminen
Kuonien kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet
Sähkökemian perusteita, osa 1
3.3. Käyrän tangentti ja normaali
Neperin luku e ja funktio y = ex
Suorien leikkauspiste
Ideaalikaasun tilanyhtälö
Funktio ja funktion kuvaaja
Funktion kuvaajan piirtäminen
TANGENTTI Suora, joka sivuaa käyrää.
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen & Pekka Tanskanen, 2016 Sulamisen ja jähmettymisen tarkastelu faasipiirroksia hyödyntäen Ilmiömallinnus.
KORROOSIONESTO SUUNNITTELULLA MT Korroosionestotekniikka
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2016 Faasipiirrokset, osa 3 Ternääristen ja monikomponenttipiirrosten tulkinta Ilmiömallinnus.
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2016 Metallurgiset liuosmallit: WLE-formalismi Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016.
Luku2, Alkuaineita ja yhdisteitä
Johdanto laskennalliseen termodynamiikkaan ja mikroluokkaharjoituksiin
7. Aineet ovat seoksia tai puhtaita aineita
Tiivistelmä 3. Puhdas aine ja seos
Kemialliset yhdisteet
Termodynaamisten tasapainojen laskennallinen määritys
Korkealämpötilakemia
Korkealämpötilakemia
Korkealämpötilakemia
Korkealämpötilakemia
Korkealämpötilakemia
Korkealämpötilakemia
Korkealämpötilakemia
Kertauskirja kpl 2, 3, 4.
Termodynaamisten tasapainojen laskennallinen määritys
Johdanto laskennalliseen termodynamiikkaan ja mikroluokkaharjoituksiin
Korkealämpötilakemia
Korkealämpötilakemia
Korkealämpötilakemia
Korkealämpötilakemia
Kertausta FUNKTIOISTA MAB5-kurssin jälkeen (Beta 2.0)
Korkealämpötilakemia
Korkealämpötilakemia
Prosessimetallurgian tutkimusyksikkö
Johdanto laskennalliseen termodynamiikkaan ja mikroluokkaharjoituksiin
Termodynaamisten tasapainojen laskennallinen määritys
Esityksen transkriptio:

Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2012 Teema 1 - Luento 4 Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Tavoite Oppia tulkitsemaan 2-komponentti-systeemien faasipiirroksia Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Binääriset koostumus-lämpötilapiirrokset (paine vakio) Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Binääriset koostumus-lämpötilapiirrokset Monimutkaisemmatkin piirrokset koostuvat tietyistä perustyypeistä Aukoton liukoisuus Eutektinen tasapaino Peritektinen tasapaino Monotektinen tasapaino Välifaasit Tulkinnan kannalta hallittava erilaiset tasapainotyypit sekä osattava käyttää ns. vipusääntöä Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Binäärisysteemeissä esiintyvät tasapainot Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Aukoton liukoisuus Sulan ja kiinteän faasin vapaaenergia-käyrät kaareutuvat alaspäin Aukoton liukoisuus molemmissa faaseissa Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Esimerkki aukottomasta liukoisuudesta Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Esimerkki aukottomasta liukoisuudesta Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Eutektinen tasapaino Aukoton liukoisuus sulassa tilassa Liukoisuusaukko kiinteässä tilassa Kiinteän faasin vapaaenergiakäyrä kuvassa esitettyä muotoa (a) Kaksi kiinteää faasia, joilla sama kidemuoto (b) Kaksi kiinteää faasia, joilla eri kidemuoto Kaksi käyrää, joilla omat minimit Samalla käyrällä kaksi paikallista minimiä Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Eutektinen tasapaino Paikallisille minimeille piirretään yhteinen tangentti Tangentti on vapaaenergiakäyrän 1. derivaatta pitoisuuden suhteen (= Kemiallinen potentiaali, ) Leikkauspisteet rajaavat alueen, jossa kahdella eri koostumuksella on sama kemiallinen potentiaali Ts. leikkauspisteiden väliin jää alue, jossa kaksi kiinteää faasia ovat tasapainossa Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Eutektinen tasapaino Piirretty lämpötilassa T5 Eutektinen lämpötila ja koostumus a1 a2 Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Eutektinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Eutektinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Eutektinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Eutektoidinen tasapaino Eutektinen tasapaino, jossa kahden kiinteän ja yhden sulan faasin sijasta on kolme kiinteää faasia Esimerkki Fe-C-systeemistä Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Peritektinen tasapaino Aukoton liukoisuus sulassa tilassa Liukoisuusaukko kiinteässä tilassa Erona eutektiseen tasapainoon kiinteäkäyrien minimit ovat samalla puolella sulakäyrän minimiä Peritektinen lämpötila Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Peritektinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Peritektinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Peritektoidinen tasapaino Peritektinen tasapaino, jossa kahden kiinteän ja yhden sulan faasin sijasta on kolme kiinteää faasia Esimerkki Fe2O3-Al2O3-systeemistä Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Monotektinen tasapaino Kriittinen lämpötila Liukoisuusaukko myös sulassa tilassa Monotektinen lämpötila Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Monotektinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Monotektinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Monotektoidinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Välifaaseja sisältävät systeemit Kaikki binäärisysteemit koostuvat edellä esitettyjen perustyyppien yhdistelmistä Välifaasit (Lähes) Vakiokoostumuksellinen yhdiste, jonka Koostumus on puhtaiden komponenttien välissä Kiderakenne poikkeaa puhtaiden komponenttien rakenteista Voivat muodostua suoraan sulatteesta tai reaktion kautta Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Välifaaseja sisältävät systeemit L  (s) L  (s) L + (s)  (s) Muodostuminen suoraan sulatteesta (Congruent) Muodostuminen reaktion kautta (Incongruent) Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Suoraan sulatteesta muodostuva välifaasi Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Reaktion kautta muodostuva välifaasi Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Välifaaseja sisältävät systeemit Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Välifaaseja sisältävät systeemit Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Välifaaseja sisältävät systeemit Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Välifaaseja sisältävät systeemit Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Faasiosuuksien määrittäminen vipusäännön avulla Binäärisysteemi A-B, jossa A kiteytyy -faasina B kiteytyy -faasina esiintyy liukoisuusaukko koostumuksesta c1 koostumukseen c2 Tarkastelun kohteena kaksifaasialueella sijaitseva koostumus c -faasin osuus (x): -faasin osuus (1-x): Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Faasiosuuksien määrittäminen vipusäännön avulla Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Fe-P-systeemi Montako välifaasia esiintyy kuvan koostumusalueella? Muodostuvatko ne reaktion kautta vai suoraan sulatteesta? Mikä on välifaasien koostumus? Mitä faaseja esiintyy systeemissä, joka koostuu sulasta, joka on jäähdytetty 900 C:een, ja jonka kokonaiskoostumus on 90 paino-% Fe (loput P)? Mitkä ovat ko. systeemissä esiintyvien faasien osuudet ja koostumukset? Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset Tasapainopiirrokset kuvaavat systeemissä esiintyvien faasien stabiilisuuksia eri olosuhteissa Stabiilisuus on riippuvainen tarkastelun kohteena olevien aineiden reaktiivisuuksista (ts. aktiivisuuksista)  Tasapainopiirrosten ja aktiivisuuksien välillä havaitaan tiettyjä riippuvuuksia Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset Voimakkaan negatiivinen poikkeama Raoultin laista  Merkki voimakkaista vetovoimista  Yhdisteiden muodostuminen  Välifaasit Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset Liuos käyttäytyy lähes ideaalisesti  Liuoksen osaslajit toistensa kaltaisia  Laajat liukoisuusalueet Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset Koostumusalueella, jossa aktiivisuus on yksi, aine esiintyy puhtaana Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset Koostumusalueella, jossa aktiivisuus on yksi, aine esiintyy puhtaana Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen Näytettä, jonka koostumus on XA, hehkutettiin lämpötilassa TX tasapainoon asti ja jäähdytettiin nopeasti. XA TX Lämpötila XS XL Havaittiin 2 faasia: - Kiteinen, jonka koostumus XS - Lasifaasi, jonka koostumus XL (lasifaasi on nopeasti jähmettynyttä sulaa) Piste (XA,TX) osuu kaksifaasialueelle (puuroalue), jonka rajat ko. lämpötilassa ovat XS ja XL Pitoisuus Ts. mittaus kertoo tietoa A-B-systeemistä myös muissa kuin koeolosuhteissa. A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen Toista näytettä, jolla on sama koostumus XA, hehkutettiin korkeammassa lämpötilassa TY tasapainoon asti ja jäähdytettiin nopeasti. XA TY Lämpötila XS’ XL’ Havaittiin edelleen 2 faasia: - Kiteinen, jonka koostumus XS’ - Lasifaasi, jonka koostumus XL’ Piste (XA,TY) osuu edelleen kaksifaasialueelle (puuroalue), jonka rajat ovat nyt XS’ ja XL’ Pitoisuus A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen Tarkastelu kolmannessa (matalamassa) lämpötilassa TZ. XA TZ Lämpötila XS’’ XL’’ Havaittiin edelleen 2 faasia: - Kiteinen, jonka koostumus XS’’ - Lasifaasi, jonka koostumus XL’’ Saadaan puuroalueen koostumusrajat kolmannessa lämpötilassa. Pitoisuus A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen Lämpötila Yhdistämällä kokeiden tulokset nähdään, miten puuroalueen koostumusrajat muuttuvat lämpötilan funktiona. Voidaan hahmotella solidus- ja likviduskäyrät Kokeita jatkamalla saadaan selville, mihin lämpötiloihin asti puuroalue yltää. Pitoisuus A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012

Teema 1 - Kotitehtävä 4 Deadline = 8.10 Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012