1. Termodinamikai alapfogalmak Mire kell? A mindennapi gyakorlatban előforduló jelenségek (például fázisátalakulások, olvadás, dermedés, párolgás) értelmezéséhez, kvantitatív leírásához. Szerkezeti anyagok tulajdonságainak változása külső körülmények között (például hőtágulás). Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel). P, V, T  állapotjelzők S, H, E  állapotfüggvények

Belső energia Az entalpia Az entrópia S : a rendezetlenség mértékének jellemzésére szolgál az izoterm, reverzibilisen felvett hőt jelenti 1. Termodinamikai alapfogalmak

Az entrópia statisztikus értelmezése Az entrópia a termodinamikai állapot valószínűségének mértéke W=W 1 · W 2 · W 3 A rendszer entrópiája a részek entrópiájának összege: S = f(W) = f(W 1 W 2 W 3 …)=S 1 + S 2 + S 3 +… S = k · lnW Az entrópia az állapot termodinamikai valószínűségének logaritmusával arányos. k = Boltzmann állandó = R / N A R = egyetemes gázállandó, 1,986 cal/fok N A = Avogadro szám, 6,2 · Minden folyamat, amely növeli az atomok, molekulák mozgási lehetőségét (például olvadás, párolgás, gázkiterjedés, diffúzió) az anyag entrópianövekedésével jár együtt. 1. Termodinamikai alapfogalmak

Az entrópia statisztikus értelmezése Példa: pontszerű rácshibák entrópiája 1. Termodinamikai alapfogalmak aholN: rácspontok száma, n: a hibahelyek száma.

1. Termodinamikai alapfogalmak Szabadentalpia (G): az entalpia munkavégzésre alkalmas része

Entalpia, szabadentalpia, entrópia változása a hőmérséklettel 1. Termodinamikai alapfogalmak

Az átalakulások iránya G 1 : kezdeti állapot G 2 : végállapot 1. Termodinamikai alapfogalmak

A termodinamikai egyensúly és a szabadentalpia egyensúly: nincs változás ( P, T = konstans) adott P, T körülmények között G -nek nincs alacsonyabb értéke dG = 0 AB G atomi konfigurációk 1. Termodinamikai alapfogalmak

Fázisátalakulás

Szabadentalpia, G Hőmérséklet (°C) 0 víz jég víz jég ΔG A H 2 O szabadenergiája a hőmérséklet függvényében 1. Termodinamikai alapfogalmak

Fázisátalakulás: olvadék  szilárd (lásd: H 2 O megfagyása) Megszilárdulás (kristályosodás) 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

A H 2 O sematikus fázisdiagramja 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

A kémiai összetétel hatása a termodinamikai állapotfüggvényekre – Elegyedési entalpia Elegyedési entalpia 2. Egyensúlyi fázisdiagramok H= H i + H e H i = xH A + (1-x)H B összetevők entalpiájának súlyozott összege elegyedési entalpia koncentráció

Elegyedési entrópia 2. Egyensúlyi fázisdiagramok ahol n=xN

A kémiai összetétel hatása a termodinamikai állapotfüggvényekre 2. Egyensúlyi fázisdiagramok 0 T·SeT·Se HeHe GeGe 0 T·SeT·Se HeHe GeGe  G e =  H e - T·  S e negatív oldódási entalpiapozitív oldódási entalpia

A szilárd oldatok fázisdiagramja és a megszilárdulás mechanizmusa A két alkotó (komponens) olvadék és szilárd fázisban egyaránt korlátlanul oldódik egymásban. 2. Egyensúlyi fázisdiagramok G T2T2 G olv G szil AB

AB T T szilárd oldat olvadék olv. + szil. szolidusz likvidusz A szilárd oldatok fázisdiagramja és a megszilárdulás mechanizmusa A két alkotó (komponens) olvadék és szilárd fázisban egyaránt korlátlanul oldódik egymásban. 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

Milyen legfontosabb típusaik vannak? 1. Szilárd oldatok Amelyekben az elegyedés korlátlan. Feltételei a Hume-Rothary szabályok teljesülése, minden összetételnél azonos fázis van azonos kristályszerkezettel. 1.Eutektikus rendszerek két alcsoport: szilárd állapotban egyáltalán nincs oldódás szilárd állapotban korlátos oldódás van 1.Vegyületképző rendszerek 2.Peritektikus rendszerek 3.Monotektikus rendszerek 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

Szilárd oldatok képződésének feltételei (Hume-Rothary) A korlátlan elegyedés feltételei atomi átmérők különbsége: maximum 15% azonos vegyérték elektronegativitásuk közel azonos azonos rácsszerkezet Szilárd oldat helyettesítéses (szubsztitúciós) rácsközi (interstíciós) rendezett rendezetlen 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

A mérlegszabály, a fázisok tömegaránya 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

Az eutektikus összetétel, az eutektikus kristályosodás Eutektikus: könnyen olvadó. Kiemelkedő jelentőségűek: szerkezeti anyagok; kompozitok; acélokban lejátszódó folyamatok megértése szempontjából. Lényege: kémiailag homogén fázisból egyidejűen egymástól és a kiinduló fázis összetételétől is eltérő összetételű (és kristályszerkezetű) fázis keletkezik. „Csatolt kristályövekedés.” 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

Eutektikus rendszerek, egymásban szilárd állapotban nem oldódó komponensekkel Az eutektikus megszilárdulás (csatolt kristálynövekedés olvadékból) 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

Eutektikus rendszerek, egymásban szilárd állapotban korlátoltan oldódó komponensekkel 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

Az eutektikus megszilárdulás mechanizmusa 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

Vegyület kristályosodásának nyílt maximumos diagramja 2. Egyensúlyi fázisdiagramok

3. Nem egyensúlyi átalakulások