Фазни дијаграм

Из Википедије, слободне енциклопедије
Фазни дијаграм воде

Фазни дијаграм је помоћно средство у хемији, физици, а посебно у науци о материјалима и металургији за схематски дводимензионални или мултидимензионални приказ распореда и мођусобног односа фаза једног мултикомпонентног система (течног или чврстог раствора две или више супстанци). Област термодинамике која се бави изучавањем понашања вишекомпонентних система у зависности од притиска, температуре и састава назива се: хетерогене равнотеже.

Генерална подела[уреди]

Постоји много подела фазних дијаграма, једна од најопштијих је она на равнотежне и неравнотежне фазне дијаграме. Ако је систем у равнотежи, односно ако су све фазне трансформације у еквилибријуму (равнотежи), онда говоримо о тзв. равнотежном фазном дијаграму. Да би се постигла истинска равнотежа, систему је у принципу потребно бесконачно време. Како је бесмислено чекати да се постигну апсолутне равнотеже фаза у систему, при мерењу тачака на фазном дијаграму најчешће се користе разумна времена која дозвољавају, са једне стране смисаоност поступка, а са друге стране приближавање равнотежном стању.

Експериментално и рачунско одређивање[уреди]

CALPHAD - CALculation of PHAse Diagrams[уреди]

Тренутно, једино рачунски одређени фазни дијаграми, методом енгл. CALPHAD - CALculation of PHAse Diagrams, су приближни истинским равнотежним фазним дијаграмима, који пак у реалном свету као такви не постоје. Треба нагласити да CALPHAD метод не функционише без експериментално измерених термодинамичких података, пошто ради на принципу интерполације експерименталних тачака уз помоћ одговарајућих модела која описују фазне равнотеже. За системе у којима нема довоњно измерених термодинамичких података ни рачунска метода, наравно, не функционише.

Друга, али и најчешћа подела је на основу броја компоненета у систему, на бинерне (две компонете), тернерне (три компоненте), кватернерне (три компоненте) и мултинерне (више од четири компоненте). Однос фазних области на фазном дијаграму дефинисан је Гибсовим правилом фаза, са изузетком екстремних тачака где се примењује и Коновалово правило.

Ab - initio[уреди]

Алтернатива експерименталнм одређивању термодинамички података је тзв. Аб-иницио лат. ab initio метода. Ab - initio преведено на нас језик значи први принцип, односно да је метода заснована на основним принципима. Ти принципи су принципи квантне механике и молекуларне динамике и не захтевају експерименталне податке. Полазна тачка су електронске конфигурације атома дефинисане основним сетовима (енгл. basis sets) или псеудопотенцијалима (енгл. pseudopotentials). Решавање таласне функције одвија се итеративним путем тзв. само конзистентним методом енгл. SCF-(енгл. Self Consistent Field). Постије два типа Хамилтонијана која се онда могу решити енгл. SCF методом, то су Хартре-Фок (енгл. Hartree-Fock) и ДФТ (енгл. Density Functional Theory). Хартре-Фок метода се заснива на последици Борн-Опенхајмерове апроксимације која пак каже да је у основи могуће без велике грешке у рачуници одвојено третирати кретање протона и електрона. Апроксимација је заснована на чињеници да електрон, због своје релативно мале масе у односу на протон (1840 пута мањи), скоро тренутно реагује на померање протона. Хартре-Фок третира егзактно однос електрон-протон али не и међудејство електро-електрон. ДФТ за разлику од Хартре-Фок методе, третира у великој мери и међусобно дејство електрон-електрон (енгл. correlation).

Примена[уреди]

Рачунски фазни дијаграми се у већини случаја поклапају (уз одређену грешку која је иначе мера неидеалности постигнуте равнотеже) са експериментално одређеним фазним дијаграмима. Поготово је њихова улога велика у екстраполацији података за области фазног дијаграма у којима нема експерименталних мерења. Наука која је прва развила и применила фазне дијаграме била је металургија, због изузеног значаја фазног дијаграма у производњи и пререди гвожђа и челика. Куриозитет је у томе да је управо фазни дијаграм који описује челик, један од еклатантних примера неравнотежног фазног дијаграма.

Спољашње везе[уреди]