Granica międzyfazowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Granica międzyfazowa – granica między fazami układu wielofazowego (np. cieczciało stałe, ciecz–gaz, ciało stałe–ciało stałe), na której następuje szybka zmiana fizykochemicznych właściwości układu (często określana jako skokowa)[1]. Za synonimy pojęcia „granica międzyfazowa” są uważane określenia granica faz, warstwa graniczna, faza powierzchniowa, obszar międzyfazowy[2].

Wewnętrzne granice faz w stopach metali[edytuj | edytuj kod]

Gdy obie sąsiadujące fazy są ciałami krystalicznymi (np. fazy w stopach metali, tworzące ich strukturę) wyróżnia się typy wewnętrznych granic o różnej koincydencji (zgodności położenia atomów) obu sieci krystalicznych[3][4]:

Koherentne i półkoherentne granice międzyfazowe (przykłady)
  • granice koherentne – zgodność położenia wszystkich węzłów obu sieci
  • granice półkoherentne (semikoherentne) – część węzłów wspólnych (duża liczba defektów sieci krystalicznych w okolicy ich spojenia)
  • granice niekoherentne – węzły granicy faz znacznie przemieszczone względem położeń charakteryzujących obie sieci (zerwanie spójności, konsekwencją jest największe umocnienie metalu)


Granice koherentne lub semikoherentne występują np. między siecią przesyconego roztworu stałego węgla w sieci γ-Fe (austenit szczątkowy) a martenzytem, powstającym w czasie hartowania stali.

Mikrofotografie zgładów metalograficznych (przykłady)

Wzrost liczby wewnętrznych naprężeń sieci w otoczeniu granic międzyfazowych powoduje spadek plastyczności metalu. Zmniejsza też odporność na korozję elektrochemiczną, ponieważ zdefektowane granice faz mają mniejszy potencjał niż ich uporządkowane wnętrze (są anodami ogniw korozji międzykrystalicznej).

Inne granice międzyfazowe (przykłady)[edytuj | edytuj kod]

Wiedza na temat obszarów międzyfazowych na granicach ciało stałeciecz, ciało stałe–gaz, ciecz–ciecz, ciecz–gaz wchodzi w zakres termodynamiki i kinetyki przemian fazowych. Stanowi teoretyczną podstawę takich procesów, jak np. adsorpcja, absorpcja, krystalizacja, destylacja (parowanie i skraplanie), ekstrakcja. Procesy te prowadzą do ustalenia się stanu równowagi dynamicznej między graniczącymi fazami. Występują między nimi warstwy amorficzne, np. fazy o pośrednich wartościach stężenia składników graniczących faz.

Granice ciało stałe–gaz i ciało stałe–ciecz[edytuj | edytuj kod]

Granica (b, c) między powierzchnią ciała stałego (a) i wieloskładnikowym gazem
Granica jest rozmyta z powodu procesów adsorpcji i desorpcji (równowaga dynamiczna). Te procesy obejmują niekiedy również powierzchniową część fazy stałej (powstają roztwory stałe)

Graniczne warstwy przejściowe o różnej grubości powstają między powierzchnią ciał stałych i cieczą lub gazem w układach, w których zachodzą np.:

  • przemiany fazowe (np. w czasie powstawania zarodków krystalizacji obszar przejściowy obejmuje przypowierzchniową warstewkę cieczy i zewnętrzną warstwę rosnącego kryształu)
  • procesy wymiany masy między fazami, takie jak dyfuzja, adsorpcja, absorpcja (np. w przypadku procesu adsorpcji z cieczy na powierzchni ciała stałego stężenia składników w ciekłej „fazie objętościowej” są inne niż w fazie powierzchniowej – większe lub mniejsze, co wyraża się określając dodatni lub ujemny „nadmiar powierzchniowy”; grubość fazy powierzchniowej odpowiada często kilku średnicom cząsteczek adsorbatu).

Granice ciecz–ciecz i ciecz–gaz[edytuj | edytuj kod]

Faza powierzchniowa ciecz–ciecz (schemat)
Schemat dwuwarstwy lipidowej i miceli
Budowa liposomu

Granice ciecz–ciecz i ciecz–gaz występują w układach, w których zachodzą np.:

Charakterystycznym przykładem fazy powierzchniowej jest warstwa cieczy, znajdująca się między dwoma ciekłym fazami objętościowymi o różnych właściwościach, np. określonych wartościach stężeń składników. W fazie powierzchniowej stężenia tych składników monotonicznie rosną lub maleją w miarę przemieszczania się punktu od fazy pierwszej do drugiej (amorfizm).

Najważniejszą rolę w biologii, odgrywają bardziej ostre granice między roztworami (np. cytoplazma, płyn zewnątrzkomórkowy, błona komórkowa). Powstawanie i trwałość granic między roztworami wodnymi i cieczami niepolarnymi (np. tłuszcze) jest często związana z obecnością związków o właściwościach amfifilowych, takich jak fosfolipidy lub glikolipidy. Takie związki samorzutnie gromadzą się na powierzchni roztworów wodnych, tworząc uporządkowane warstwy, w których są skierowane grupą hydrofilową w kierunku wody. Mechaniczne wstrząsanie może wówczas prowadzić do utworzenia liposomów, zbudowanych analogicznie do błony komórkowej wszystkich organizmów żywych. Analogiczne zjawiska umożliwiają stabilizację emulsji.

W niektórych układach ciecz–ciecz trwałość koloidów jest związana z powstawaniem na granicy faz podwójnej warstwy elektrycznej (np. koloidy liofobowe, np. mleko). Takie warstwy powstają również w procesie polaryzacji błony komórkowej ów (zobacz: potencjał spoczynkowy, potencjał czynnościowy,pobudliwość).

Międzyfazowe warstwy graniczne o charakterystycznym, amorficznym rozkładzie ładunków elektrycznych (jonów) powstają również na powierzchni znajdujących się w elektrolicie cząstek stałych lub pęcherzyków gazu.

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Encyklopedia techniki; Metalurgia. T. Metalurgia. Katowice: Wydawnictwo „Śląsk”, 1978, s. 186.
  2. Monika Kujawska: Granica faz. W: Materiały do wykładów z podstaw chemii wzbogacania kopalin [on-line]. Politechnika Śląska. [dostęp 2011-05-22].
  3. Encyklopedia techniki, Materiałoznawstwo. T. Materiałoznawstwo. Warszawa: PWN, 1969, s. 263–264. (pol.)
  4. Defekty (defekty liniowe, defekty powierzchniowe) (pol.). W: Fizyka; Rzeczywista struktura materii [on-line]. oen.dydaktyka.agh.edu.pl. [dostęp 2011-05-02].

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]