Granica faz: Różnice pomiędzy wersjami

[wersja przejrzana]

Usunięta treść Dodana treść

Jednokolumnowy

Wersja z 13:53, 9 sie 2015

Granica faz, powierzchnia międzyfazowa, granica międzyfazowa – granica między fazami układu wielofazowego (np. ciecz–ciało stałe, ciecz–gaz, ciało stałe–ciało stałe), na której następuje szybka zmiana fizykochemicznych właściwości układu (często określana jako skokowa)^[1].

Wewnętrzne granice faz w stopach metali

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^[2]^[3]:

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 faz(przykłady)

Wiedza na temat powierzchni międzyfazowych ciało stałe–ciecz, ciało stałe–gaz, ciecz–ciecz, ciecz–gaz wchodzi w zakres termodynamiki i kinetyki przemian fazowych. Stanowi teoretyczną podstawę adsorpcji, absorpcji, krystalizacji, destylacji (parowania i skraplania), ekstrakcji. Procesy te prowadzą do ustalenia się stanu równowagi dynamicznej między graniczącymi fazami. Występują między nimi warstwy amorficzne, na przykład fazy o pośrednich wartościach stężenia składników graniczących faz.

Granice ciało stałe–gaz i ciało stałe–ciecz

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

Faza powierzchniowa ciecz–ciecz (schemat)

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

parowanie i skraplanie
absorpcja i desorpcja
powstawanie warstw niemieszających się cieczy lub emulsji

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, między innymi fosfolipidów lub glikolipidów. 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, mleko). Takie warstwy powstają również w procesie polaryzacji błony komórkowej neuronów (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

Szablon:Przypisy-lista

Bibliografia

Zjawiska powierzchniowe. W: S Bursa: Chemia fizyczna. Warszawa: PWN, 1979. ISBN 83-01-00152-6.
P.W. Atkins: Chemia fizyczna. Warszawa: PWN, 2001. ISBN 83-01-13502-6.
J. Ościk: Adsorpcja. Warszawa: PWN, 1973. ISBN 83-01-00554-8.

↑ Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie EncyTech-Metalurgia
BŁĄD PRZYPISÓW
↑ Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie EncyTech-Materiał
BŁĄD PRZYPISÓW
↑ Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie AGH Defekty
BŁĄD PRZYPISÓW

[EncyTech-Metalurgia-1] Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie EncyTech-Metalurgia
BŁĄD PRZYPISÓW

[EncyTech-Materiał-2] Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie EncyTech-Materiał
BŁĄD PRZYPISÓW

[AGH_Defekty-3] Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie AGH Defekty
BŁĄD PRZYPISÓW

[1]

[2]

[3]

@@ Linia 1: / Linia 1: @@
-'''Granica międzyfazowa''' – granica między [[faza termodynamiczna|fazami]] [[układ termodynamiczny|układu]] wielofazowego (np. [[ciecz]]–[[ciało stałe]], ciecz–[[gaz]], ciało stałe–ciało stałe), na której następuje szybka zmiana [[chemia fizyczna|fizykochemicznych]] właściwości układu (często określana jako skokowa){{r|EncyTech-Metalurgia}}. Za synonimy pojęcia „granica międzyfazowa” są uważane określenia '''granica faz''', '''warstwa graniczna''', '''faza powierzchniowa''', '''obszar międzyfazowy'''<ref name="Kujawska">{{cytuj stronę|url=http://dydaktyka.polsl.pl/rg5/slaczka/chem_V_W2.html|tytuł=Granica faz|nazwisko=Kujawska|imię=Monika|praca=Materiały do wykładów  z podstaw chemii wzbogacania kopalin|opublikowany=Politechnika Śląska|data dostępu=2011-05-22}}</ref>.
+'''Granica faz''', '''powierzchnia międzyfazowa''', '''granica międzyfazowa''' – granica między [[faza termodynamiczna|fazami]] [[układ termodynamiczny|układu]] wielofazowego (np. [[ciecz]]–[[ciało stałe]], ciecz–[[gaz]], ciało stałe–ciało stałe), na której następuje szybka zmiana [[chemia fizyczna|fizykochemicznych]] właściwości układu (często określana jako skokowa){{r|EncyTech-Metalurgia}}.
 == Wewnętrzne granice faz w stopach metali ==
 Gdy obie sąsiadujące fazy są [[ciało krystaliczne|ciałami krystalicznymi]] (np. fazy w [[stop metali|stopach metali]], tworzące ich [[struktura metalu|strukturę]]) wyróżnia się typy wewnętrznych  granic o różnej [[koincydencja|koincydencji]] (zgodności położenia atomów) obu [[sieć krystaliczna|sieci krystalicznych]]{{r|EncyTech-Materiał|AGH Defekty}}:
-[[Plik:Granice faz.svg|thumb|450px|<center>Koherentne i półkoherentne granice międzyfazowe (przykłady)</center>]]
+[[Plik:Granice faz.svg|thumb|450px|<center>Przykłady koherentnych i półkoherentnych granic międzyfazowych</center>]]
 * granice koherentne – zgodność położenia wszystkich węzłów obu sieci
 * granice półkoherentne (semikoherentne) – część węzłów wspólnych (duża liczba [[defekty sieci krystalicznej|defektów sieci krystalicznych]] w okolicy ich spojenia)
 * granice niekoherentne – węzły granicy faz znacznie przemieszczone względem położeń charakteryzujących obie sieci (zerwanie spójności, konsekwencją jest największe [[wzmocnienie (metalurgia)|umocnienie metalu]])
 {{clear}}
-Granice koherentne lub semikoherentne występują np. między siecią przesyconego [[roztwór stały|roztworu stałego]] węgla w sieci [[żelazo|γ-Fe]] ([[austenit]] szczątkowy) a [[martenzyt]]em, powstającym w czasie [[hartowanie|hartowania]] [[stal]]i.
+Granice koherentne lub semikoherentne występują np. między siecią przesyconego [[roztwór stały|roztworu stałego]] węgla w sieci [[żelazo|γ-Fe]] ([[austenit]] szczątkowy) a [[martenzyt]]em, powstającym w czasie [[hartowanie|hartowania]] stali.
 {{Galeria|Nazwa= Mikrofotografie [[zgład]]ów metalograficznych (przykłady) |wielkość=150|pozycja=right
 |Plik:Intergranular corrosion.JPG|[[Korozja międzykrystaliczna]]
 |Plik:Britannica Alloys Plate Figure 11.jpg|Mikrofotografia stali [[martenzyt]]ycznej
 }}
-Wzrost liczby wewnętrznych naprężeń sieci w otoczeniu granic międzyfazowych powoduje spadek [[plastyczność|plastyczności]] metalu. Zmniejsza też odporność na [[korozja elektrochemiczna|korozję elektrochemiczną]], ponieważ zdefektowane granice faz mają mniejszy [[potencjał elektrody|potencjał]] niż ich uporządkowane wnętrze (są [[anoda]]mi ogniw [[korozja międzykrystaliczna|korozji międzykrystalicznej]]).
+Wzrost liczby wewnętrznych naprężeń sieci w otoczeniu granic międzyfazowych powoduje spadek [[plastyczność|plastyczności]] metalu. Zmniejsza też odporność na [[korozja elektrochemiczna|korozję elektrochemiczną]], ponieważ zdefektowane granice faz mają mniejszy [[potencjał elektrody|potencjał]] niż ich uporządkowane wnętrze (są&nbsp;[[anoda]]mi ogniw [[korozja międzykrystaliczna|korozji międzykrystalicznej]]).
-== Inne granice międzyfazowe (przykłady) ==
+== Inne granice faz(przykłady) ==
-Wiedza na temat obszarów międzyfazowych na granicach [[ciało stałe]]–[[ciecz]], ciało stałe–[[gaz]], ciecz–ciecz, ciecz–gaz wchodzi w zakres [[termodynamika chemiczna|termodynamiki]] i [[kinetyka chemiczna|kinetyki]] [[przemiana fazowa|przemian fazowych]]. Stanowi teoretyczną podstawę  takich procesów, jak np. [[adsorpcja]], [[absorpcja (chemia fizyczna)|absorpcja]], [[krystalizacja]], [[destylacja]] ([[parowanie]] i skraplanie), [[ekstrakcja]]. Procesy te prowadzą  do ustalenia się stanu [[równowaga dynamiczna|równowagi dynamicznej]] między graniczącymi fazami. Występują między nimi warstwy [[ciało amorficzne|amorficzne]], np. fazy o pośrednich wartościach stężenia składników graniczących faz.
+Wiedza na temat powierzchni międzyfazowych [[ciało stałe]]–[[ciecz]], ciało stałe–[[gaz]], ciecz–ciecz, ciecz–gaz wchodzi w zakres [[termodynamika chemiczna|termodynamiki]] i&nbsp;[[kinetyka chemiczna|kinetyki]] [[przemiana fazowa|przemian fazowych]]. Stanowi teoretyczną podstawę [[adsorpcja|adsorpcji]], [[absorpcja (chemia fizyczna)|absorpcji]], [[krystalizacja|krystalizacji]], [[destylacja|destylacji]] (parowania i skraplania), [[ekstrakcja|ekstrakcji]]. Procesy te prowadzą  do ustalenia się stanu [[równowaga dynamiczna|równowagi dynamicznej]] między graniczącymi fazami. Występują między nimi warstwy [[ciało amorficzne|amorficzne]], na przykład fazy o pośrednich wartościach stężenia składników graniczących faz.
 === Granice ciało stałe–gaz i ciało stałe–ciecz ===
-[[Plik:Adsorption-selective.svg |thumb|150px|Granica (b, c) między powierzchnią ciała stałego (a) i wieloskładnikowym gazem <br /> Granica jest rozmyta z powodu procesów adsorpcji i desorpcji ([[równowaga dynamiczna]]). Te procesy obejmują niekiedy również powierzchniową część fazy stałej (powstają [[roztwór stały|roztwory stałe]])]]
+[[Plik:Adsorption-selective.svg |thumb|150px|Granica (b, c) między powierzchnią ciała stałego (a) i wieloskładnikowym gazem <br /> Granica jest rozmyta z powodu procesów adsorpcji i desorpcji ([[równowaga dynamiczna]]). Te procesy obejmują niekiedy również powierzchniową część fazy stałej (powstają [[roztwór stały|roztwory stałe]]).]]
 Graniczne warstwy przejściowe o różnej grubości powstają między powierzchnią ciał stałych i cieczą lub gazem w układach, w których zachodzą np.:
 * [[przemiana fazowa|przemiany fazowe]] (np. w czasie powstawania zarodków [[krystalizacja|krystalizacji]] obszar przejściowy obejmuje przypowierzchniową warstewkę cieczy i zewnętrzną warstwę rosnącego kryształu)
@@ Linia 33: / Linia 33: @@
 * [[absorpcja (chemia fizyczna)|absorpcja]] i desorpcja
 * powstawanie warstw  [[mieszalność cieczy|niemieszających się cieczy]] lub [[emulsja|emulsji]]
-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).
+Charakterystycznym przykładem fazy powierzchniowej jest warstwa cieczy, znajdująca się między dwoma ciekłym fazami objętościowymi o&nbsp;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 [[biologia|biologii]], odgrywają bardziej ostre granice między roztworami (np. [[cytoplazma]], płyn zewnątrzkomórkowy, [[błona komórkowa]]). Powstawanie i trwałość granic między roztworami wodnymi i [[polarność|cieczami niepolarnymi]] (np. [[tłuszcze]]) jest często związana z obecnością związków o właściwościach [[amfifilowość|amfifilowych]], takich jak [[fosfolipidy]] lub [[glikolipidy]]. Takie związki samorzutnie gromadzą się na powierzchni roztworów wodnych, tworząc uporządkowane warstwy, w których są skierowane grupą [[hydrofilowość|hydrofilową]] w kierunku wody. Mechaniczne wstrząsanie może wówczas prowadzić do utworzenia [[liposom]]ów, zbudowanych analogicznie do [[błona komórkowa|błony komórkowej]] wszystkich organizmów żywych. Analogiczne zjawiska umożliwiają stabilizację [[emulsja|emulsji]].
+Najważniejszą rolę w [[biologia|biologii]], odgrywają bardziej ostre granice między roztworami (np. [[cytoplazma]], płyn zewnątrzkomórkowy, [[błona komórkowa]]). Powstawanie i trwałość granic między roztworami wodnymi i [[polarność|cieczami niepolarnymi]] (np. [[tłuszcze]]) jest często związana z obecnością związków o właściwościach [[amfifilowość|amfifilowych]], między innymi [[fosfolipidy|fosfolipidów]] lub [[glikolipidy|glikolipidów]]. Takie związki samorzutnie gromadzą się na powierzchni roztworów wodnych, tworząc uporządkowane warstwy, w których są skierowane grupą [[hydrofilowość|hydrofilową]] w kierunku wody. Mechaniczne wstrząsanie może wówczas prowadzić do utworzenia [[liposom]]ów, zbudowanych analogicznie do [[błona komórkowa|błony komórkowej]] wszystkich organizmów żywych. Analogiczne zjawiska umożliwiają stabilizację [[emulsja|emulsji]].
-W niektórych układach ciecz–ciecz trwałość [[układ koloidalny|koloidów]] jest związana z powstawaniem na granicy faz [[podwójna warstwa elektryczna|podwójnej warstwy elektrycznej]] (np. koloidy liofobowe, np. [[mleko]]). Takie warstwy powstają również w procesie [[Polaryzacja błony komórkowej|polaryzacji]] błony komórkowej [[neuron|ów]] (zobacz: [[potencjał spoczynkowy]], [[potencjał czynnościowy]],[[pobudliwość]]).
+W niektórych układach ciecz–ciecz trwałość [[układ koloidalny|koloidów]] jest związana z powstawaniem na granicy faz [[podwójna warstwa elektryczna|podwójnej warstwy elektrycznej]] (np.&nbsp;koloidy liofobowe, mleko). Takie warstwy powstają również w procesie [[Polaryzacja błony komórkowej|polaryzacji]] błony komórkowej [[neuron]]ów (zobacz: [[potencjał spoczynkowy]], [[potencjał czynnościowy]], [[pobudliwość]]).
-Międzyfazowe warstwy graniczne o charakterystycznym, amorficznym rozkładzie ładunków elektrycznych ([[jon]]ów) powstają również na powierzchni znajdujących się w [[elektrolit|elektrolicie]] cząstek stałych lub pęcherzyków gazu.
+Międzyfazowe warstwy graniczne o charakterystycznym, amorficznym rozkładzie ładunków elektrycznych (jonów) powstają również na powierzchni znajdujących się w [[elektrolit|elektrolicie]] cząstek stałych lub pęcherzyków gazu.
 == Przypisy ==