Ón-ólom rendszer fázisdiagramjának megszerkesztése lehűlési görbék alapján

Átírás

1 Ón-ólom rendszer fázisdiagramjának megszerkesztése lehűlési görbék alapján Készítette: Zsélyné Ujvári Mária, Szalma József; 2012 Előadó: Zsély István Gyula, Javított valtozat 2016 Laborelőkészítő előadás, Kémia BSc.,

2 Alapfogalmak, összefüggések Többkomponensű egyensúlyi rendszerek Gibbs-féle fázisszabály: Sz+F=K+2 Fázis: a termodinamikai rendszer azonos intenzív paraméter értékekkel rendelkező részeinek összessége. F a fázisok száma. Komponens:azok a kémiailag egységes anyagok (molekula-fajták), amelyek szükségesek és elégségesek a rendszer összes fázisának felépítéséhez. K ezek száma. Szabadsági fok (Sz):a legalább egy szűk intervallumban fázisok létrejötte/eltűnése nélkül szabadon változtatható intenzív paraméterek száma Eutektikusrendszer: két vagy több komponensű rendszer, amelynek komponensei egymással homogén folyadékot (olvadékot vagy oldatot) képeznek, szilárd állapotban azonban nem elegyednek. Ilyenek például Zn+ Cd, Sn+ Pb, NH 4 Cl + H 2 O, NaCl+ H 2 O.

3 Eutektikummal rendelkező rendszer fázisdiagramja

4 A lehűlési görbe exponenciális lefutású T T k = kt ( T T ) e 0 k T az aktuális hőmérséklet taz idő T k a külső hőmérséklet T 0 a kezdeti hőmérséklet kkonstans Ha elérjük a likvidusz görbét, elkezdődik a szilárd anyag kiválása, felszabadul a fagyáshő. Változás a görbe lefutásában, töréspont

5 A lehülési görbék és a fázisdiagram kapcsolata

6 A rendszer kísérleti fázisdiagramja

7 A kísérleti berendezés:

8 A mintatartó: kvarctégely Tetején szénpor Védi az oxidációtól Karbidképzők esetén nem jó

9 A hőmérséklet mérése: termoelemmel

10 Termoelem működése: Seebeck effektus : Ha két, különböző fémből vagy ötvözetből álló elektromos vezetőt egyik végükön összehegesztenek, és a hegesztési pont, valamint a vezetők másik vége eltérő hőmérsékleten van, akkor feszültség különbséget tudunk mérni a két vezető között (termofeszültség).

11 Az értékelés menete: Fázisátmeneti helyek megkeresése a Szalma József által írt program segítségével Termofeszültség skála kalibrálása (tiszta anyagok op-ja alapján) A kalibráció segítségével a fázisátmeneti helyek átszámítása hőmérséklet adatokra ( C) Az olvadáspontok és eutektikus hőmérsékletek ábrázolása az összetétel függvényében, a fázisdiagram megszerkesztése A likviduszgörbék metszéspontjából az eutektikus összetétel meghatározása Az eutektikus hőmérséklet megadása

12 tiszta ólom lehűlési görbéje termofeszültség / mv termofeszültség / mv olvadáspont idő / s idő / s

13 termofeszültség / mv tiszta ón lehűlési görbéje termofeszültség / mv 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 olvadáspont túlhűlés 11, idő / s idő / s

14 ötvözet minta lehűlési görbéje, töréspont meghatározása termofeszültség / mv termofeszültség / mv olvadáspont idő / s idő / s

15 ötvözet minta lehűlési görbéje, eut. hőm. meghatározása termofeszültség / mv termofeszültség / mv eutektikus hőmérséklet idő / s idő / s

16 ötvözet minta lehűlési görbéje, helyi maximummal termofeszültség / mv termofeszültség / mv 11,5 11,0 10,5 olvadáspont helyi maximum túlhűlés 10,0 eutektikus hőmérséklet 9, idő / s idő / s

17 ÉRTÉKELŐ ADATLAP között mért adatokra File név: Adatok: DAT DAT DAT Leolvasás 2 tizedesre MINTA sorszáma összetétele Pb % 1 30 op eut op eut op eut op eut op eut op eut op eut op eut. 9 Sn op 10 Pb op op eut Termofeszültség mv Zn file: op

18

19 Termoelem kalibrációs függvénye T / C Linear Regression for Tkalib_B: Y = A + B * X Param Value sd A 1, ,93428 B 17,8425 0, R = 0,99996 SD = 2,08745, N = 4 P = 0,00004 U term / mv o.p. / C jég / víz ón ólom cink U term. / mv

20

21 Ón-ólom rendszer fázisdiagramja T / C Eutektikus összetétel leolvasása Eutektikus hőmérsékletek átlagolása w Pb %

22 Megadandó eredmények: - Eutektikus összetétel (3 értékes jegyre) -Eutektikus hőmérséklet (95%-os megbízhatósági intervallummal) Ha nincs hibaszámítás, akkor a végeredmény pontosságát a legkisebb pontosságú adathoz illesztjük. A statisztikai számítások egy részét az Origin program elvégzi.

23 A szórás (S*) kiszámítása: s.d. = S * = n i= 1 ( x x) i n 1 2 s.e. = S * n Statisztikai szabadságfok (f): a mérési adatok számának (n) és a meghatározott paraméterek számának (p) különbsége Átlagolásnál: p=1 Egyenesillesztésnél(y=ax+b): p=2 Másodfokú görbénél (y=ax 2 +bx+c): p=3 stb. Megfelelő fértékhez kritikus t α érték kikeresése táblázatból. t * α S 2,201 1,6686 C ϑeut. = x ± = 180,911 C ± = n 12 ( 180,911± 1,0597 ) C Végeredmény megadása: Hibahatár max. 2 értékes jegyre, az átlag értéke ehhez tizedesben illesztve! ϑ eut. = o ( 180,9 ± 1,1 ) C ϑ eut. = o ( 180,91± 0,82) C tized század