Диаграмма состав-свойство

ДИАГРАММА СОСТАВ-СВОЙСТВО, графическое изображение зависимости какого-либо физического свойства (плотности, вязкости, коэффициента преломления, электропроводности и др.) физико-химической системы (чаще всего жидкого или твёрдого раствора) от её химического состава. Обычно диаграммы состав-свойство строят при постоянных значениях температуры и давления. диаграммы состав-свойство двухкомпонентных (двойных, бинарных) систем изображают на плоскости: по оси абсцисс откладывают состав, по оси ординат - измеряемую величину свойства. диаграммы состав-свойство трёхкомпонентных (тройных) систем трёхмерны. При их построении состав изображают в виде так называемого концентрационного треугольника: равностороннего (треугольник Гиббса) или (реже) прямоугольного (треугольник Розебома). Вершины треугольника соответствуют чистым компонентам, точки на сторонах треугольника и внутри него - составам двойных и тройных систем. На перпендикулярах к плоскости треугольника откладывают величину свойства. Полученное таким образом пространственное изображение поверхности свойства с целью его отображения на плоскости можно, как при построении географических карт, рассечь несколькими горизонтальными плоскостями и нанести ортогональные проекции этих сечений на плоскость концентрационного треугольника.

Реклама

Для выражения состава системы используют массовые, объёмные, мольные доли компонентов, реже - молярные концентрации. В простейших случаях удаётся теоретически определить, при каком способе выражения состава наблюдается линейная (аддитивная) зависимость значений выбранного свойства от состава. Так, для бинарных растворов, образующихся без изменения объёма, плотность р, как следует из соотношения р = (mА + mB)/(vA + vВ), где m и v - масса и объём компонентов системы А - В, является линейной функцией состава только при выражении последнего в объёмных долях. (Этот вывод распространяется и на многокомпонентные системы.) Для большинства свойств выбор рационального способа выражения состава неочевиден. При неаддитивной зависимости на кривой свойство-состав могут появиться экстремумы, точки перегиба и сингулярные точки (точки излома), в которых, независимо от способа выражения состава, происходит разрыв непрерывности первой производной свойства по составу. Появление сингулярной точки служит наиболее надёжным признаком образования компонентами системы устойчивого (недиссоциированного) химического соединения AnBm, положение сингулярной точки определяет его состав, и диаграмма состав-свойство распадается на две диаграммы, отвечающие системам А - AnBm и AnBm - В. Частичная диссоциация соединения может преобразовать сингулярную точку в экстремум или точку перегиба, но эти особые точки не являются обязательным признаком образования химического соединения. Сингулярные точки на диаграмме состав-свойство возникают также при переходе от гомогенной (однородной) системы к гетерогенной, что позволяет использовать их при построении фазовых диаграмм, особенно в случае систем, компоненты которых образуют твёрдые растворы.

Наиболее широко с помощью диаграмм  состав-свойство изучают системы в равновесном состоянии: процессы образования и распада различных гомо- и гетероассоциатов (сольватов, гидратов, комплексов) в жидких растворах, образования и распада ионных пар, образования интерметаллических соединений в сплавах металлов, химические реакции замещения и др. Характер изучаемого процесса определяет выбор измеряемого свойства: о распаде ионных пар в растворе неэлектролитов правильнее всего судить по значениям электропроводности, а об образовании или разрыве химических связей - по данным молекулярной оптической спектроскопии или ЯМР. Для определения состава и устойчивости соединений, образуемых двумя веществами, часто изучают свойство (например, оптическую плотность при определённой длине волны) серии их растворов в инертном растворителе при постоянной сумме молярных концентраций исходных веществ - метод Остромысленского - Жоба (метод изомолярных серий).

Диаграмма  состав-свойство применяют в металлургии, галургии, при разделении смесей органических веществ и в других областях науки и технологии для суждения об особенностях взаимодействия компонентов, при построении фазовых диаграмм, а также в аналитических целях. Смотри также Физико-химический анализ.

Лит. смотри при ст. Физико-химический анализ.

В. А. Михайлов.