Phasendiagramme. Seminar zum Praktikum Modul ACIII

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1 Phasendiagramme Seminar zum Praktikum Modul ACIII

2 Definition Phase Eine Phase ist ein Zustand der Materie, in dem sie bezüglich ihrer chemischen Zusammensetzung und bezüglich ihres physikalischen Zustandes durch und durch gleichförmig ist. (Gibbs)

3 Gibbs sche Phasenregel F + P = C + 2 F: Anzahl der Freiheitsgrade (Druck, Temperatur, Konzentration ) P: Anzahl der Phasen C: Anzahl der Komponenten (Elemente oder Verbindungen)

4 Bekannte Phasendiagramme Auftragung P gegen T Wichtige Punkte: Tripelpunkt Kritischer Punkt F = C P Wasser CO 2

5 Binäre Phasendiagramme Phasendiagramm von zwei Stoffen Festkörper: P = const. T wird gegen Zusammensetzung aufgetragen F + P = C + 1 Welche Phasen sind in welcher Zusammensetzung bei welcher T thermodynamisch stabil?

6 Vielfalt binärer Phasendiagramme

7 Mischkristallbildung Schmelze Liquiduskurve Unbegrenzte Mischbarkeit im flüssigen Zustand im festen Zustand Schmelze und AB Mischkristalle Verbindung mit gleicher Kristallstruktur und ähnlichen Ionen AB Mischkristalle Kristallzusammensetzung ändert sich Farbverläufe Soliduskurve

8 Vielfalt binärer Phasendiagramme

9 Eutektisches System Schmelze S Mischbarkeit im flüssigen Zustand Nichtmischbarkeit im festen Zustand Eutektischer Punkt S+A A+B S+B Je nach Schmelze Kristallisiert zuerst A bzw. B Eutektischer Punkt = Minimum der Liquiduskurve Gemenge aus A und B Beispielsystem Blei - Zinn

10 Vielfalt binärer Phasendiagramme

11 Randlöslichkeiten Unbegrenzte Mischbarkeit im flüssigen Zustand α S+α S S+β β Begrenzte Mischbarkeit im festen Zustand An beiden Rändern Randlöslichkeiten vorhanden α+β Es entsteht ein Mischkristall In der Mitte liegen beide Phasen nebeneinander vor

12 Vielfalt binärer Phasendiagramme

13 Intermediäre Phase Dystektischer Punkt S Mischbarkeit im flüssigen Zustand keine Mischbarkeit im festen Zustand A+S S+AB AB+S S+B Bildung einer neuen Phase Statt A und B auch intermediäre Phase AB möglich A+AB AB+B Zwei einzelne Eutektische Systeme Beispielsystem: TiO 2 Al 2 O 3 Al 2 TiO 5 (intermed. Phase)

14 Vielfalt binärer Phasendiagramme

15 Peritektisches System Peritektischer Punkt

16 Temperatur Peritektisches System 1. Schmelze X abkühlen; En beginnt zu kristallisieren 2. Zusammensetzung der Schmelze verändert sich wenn En auskristallisiert; Schmelze kühlt bis Eutektikum; Silica kristallisiert Forsterit + Schmelze X P Schmelze p = 1 atm 3. Temperatur bleibt konstant bis Schmelze komplett auskristallisiert 4. Kristalliner En + Silica kühlen ab Forsterit + Enstatit Mg 2 [SiO 4 ] + Mg 2 [Si 2 O 6 ] Enstatit + Schmelze Enstatit + Silica E Fosterit Enstatit SiO 2

17 Temperatur Peritektisches System 1. Schmelze Y abkühlen; Fo kristallisiert 2. Zusammensetzung der Schmelze verändert sich 3. Schmelze erreicht Peritektikum, P; Fo reagiert mit Schmelze, es entsteht En 4. Fo wird in dieser Reaktion verbraucht Forsterit + Schmelze 5. En kristallisiert, Schmelze verändert Zusammensetzung 6. En + Silica kristallisieren am Eutektikum bis Schmelze verbraucht ist Forsterit + Enstatit 7. Kristalliner En + Silica kühlen ab Fosterit Y Enstatit + Schmelze Enstatit + Silica Enstatit SiO 2 P E Schmelze p = 1 atm

18 Temperatur Peritektisches System Z 1. Schmelze Z abkühlen; Fo kristallisiert 2. Zusammensetzung der Schmelze verändert sich 3. Schmelze erreicht Peritektikum; Fo reagiert mit Schmelze um En zu bilden Forsterit + Schmelze P Schmelze p = 1 atm 4. Schmelze wird in dieser Reaktion verbraucht 5. Fo + En kühlen ab Enstatit + Schmelze E Forsterit + Enstatit Enstatit + Silica Fosterit Enstatit SiO 2

19 Lerneinheit Phasendiagramme binärer Systeme!!! Teilweise Fehler, z.b. beim Mischkristallphasendiagramm!!!

20 Indium (In) Antimon (Sb) Sb+S InSb+S S Erst Indium abwiegen und dann Antimon im richtigen Verhältnis zugeben (45 70 at%) Sb+InSb InSb+S Ampulle Evakuieren und Abschmelzen 1d 850 C InSb+In 3d 450 C

21 Struktur Zn S Zinkblende-Struktur Kubisch flächenzentriert ½ aller Tetraederlücken besetzt

22 Nickel (Ni) Antimon (Sb) Phasenbreite Erst Antimon abwiegen und dann Nickel im richtigen Verhältnis zugeben (Ni leichter zu portionieren) (40 60 at%) Ampulle Evakuieren und Abschmelzen 1d 1100 C 1d 850 C

23 Nickel-Arsenid-Struktur Ni As

24 Darstellung Indium / Antimon Nickel / Antimon Platznummer at% Antimon Platznummer at% Antimon 1 40,0 8 40,0 2 49,0 9 45,0 3 49, ,3 4 50, ,0 5 50, ,0 6 51, ,0 7 60, , , , , , ,0

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