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., 2013.09.09.
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.
Eutektikummal rendelkező rendszer fázisdiagramja
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
A lehülési görbék és a fázisdiagram kapcsolata
A rendszer kísérleti fázisdiagramja
A kísérleti berendezés:
A mintatartó: kvarctégely Tetején szénpor Védi az oxidációtól Karbidképzők esetén nem jó
A hőmérséklet mérése: termoelemmel
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).
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
tiszta ólom lehűlési görbéje termofeszültség / mv 24 22 20 18 16 14 termofeszültség / mv 20 19 18 17 16 olvadáspont 1000 1500 2000 idő / s 12 10 8 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 idő / s
termofeszültség / mv 24 22 20 18 16 14 tiszta ón lehűlési görbéje termofeszültség / mv 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 olvadáspont túlhűlés 11,0 2500 3000 3500 4000 4500 idő / s 12 10 8 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 idő / s
ötvözet minta lehűlési görbéje, töréspont meghatározása termofeszültség / mv 24 22 20 18 16 14 termofeszültség / mv 18 17 16 15 14 olvadáspont 13 1000 1500 2000 2500 3000 idő / s 12 10 8 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 idő / s
ötvözet minta lehűlési görbéje, eut. hőm. meghatározása termofeszültség / mv 24 22 20 18 16 14 termofeszültség / mv 12 11 10 9 eutektikus hőmérséklet 8 3000 3750 4500 5250 6000 idő / s 12 10 8 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 idő / s
ötvözet minta lehűlési görbéje, helyi maximummal termofeszültség / mv 20 18 16 14 12 termofeszültség / mv 11,5 11,0 10,5 olvadáspont helyi maximum túlhűlés 10,0 eutektikus hőmérséklet 9,5 3000 3750 4500 5250 6000 idő / s 10 8 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 idő / s
ÉRTÉKELŐ ADATLAP 1999-09 -- 2000-04 között mért adatokra File név: Adatok: 00022201.DAT 00022202.DAT 00022216.DAT Leolvasás 2 tizedesre MINTA sorszáma összetétele Pb % 1 30 op eut. 2 40 op eut. 3 35 op eut. 4 37 op eut. 5 60 op eut. 6 45 op eut. 7 75 op eut. 8 80 op eut. 9 Sn op 10 Pb op 11 95 op eut.-------------- Termofeszültség mv Zn file:010528 op
Termoelem kalibrációs függvénye T / C 500 400 300 200 100 0 Linear Regression for Tkalib_B: Y = A + B * X --------------------------------- Param Value sd --------------------------------- A 1,09648 1,93428 B 17,8425 0,11922 --------------------------------- R = 0,99996 SD = 2,08745, N = 4 P = 0,00004 U term / mv o.p. / C jég / víz 0.00 0.0 ón 12.80 231.9 ólom 18.29 327.4 cink 23.55 420.0 0 5 10 15 20 25 U term. / mv
Ón-ólom rendszer fázisdiagramja 340 320 300 280 T / C 260 240 Eutektikus összetétel leolvasása 220 200 Eutektikus hőmérsékletek átlagolása 180 0 20 40 60 80 100 w Pb %
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.
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