Физика – химиялық талдау «құрам – қасиет» немесе күй диаграммаларын құруға негізделген. Мұндай диаграмманың дербес жағдайы – балқу диаграммасы компоненттерінің мольдік мөлшері әртүрлі зат қоспаларының балқу немесе кристалдану температураларын бейнелейді. А және В екі жай заттардың қоспасының осындай диаграммасын құруды түсіндірейік. Дайындалған қоспаларды А, В, Ф, Е әріптерімен белгілейік. Олар компоненттерді пайыздық мөлшерімен өзгешеленеді. Таза А затында 0% В-дан таза В затында 100% В-ға дейін. Бұл қоспалардың әрқайсысын балқытып, А және В компоненттері әрекеттесетіндей біраз уақыт ұстағаннан кейін суыту арқылы кристалдаймыз. Әрбір қоспаның уақыт бойынша температурасының өзгерісін жазамыз (1.8,а- сурет).
1.8-сурет. Суыну қисықтары (а) мен эвтектикалық күй диаграммасы (б)
Таза А және В компоненттерінің суыну қисықтарында балқу нүктесінде «жасырын балқу жылуының» бөлінуі әсерінен көлденең алаңша пайда болады. Аралық құрамдағы қоспаны суытқанда (сурет) көлденең алаңшаның орнына алдымен көлбеу қисық, содан кейін ТЕ температураға дейін көлбеулігі аз участок пайда болады. Осы нүктеге жеткенде ғана қисықта көлденең алаңша пайда болады.
Мұндай күрделі қисық былай түсіндіріледі: егер кристалдану қисықтың көлбеу Тl нүктесінен бұрын басталса, онда қоспа температурасы ары қарай да төмендей алады, себебі қоспаның бір бөлігі әлі балқыма түрінде қалады, бірақ қисықтың көлбеулігі төмендейді, себебі компоненттерінің біреуінің жасырын кристалдану жылуы бөлінеді. ТЕ нүктесінде жасырын кристалдану жылуы толық бөлінеді және суыну қисығында алаңша пайда болады.
Құрамы Е қоспа үшін Т(t) қисықта алаңша жақсы байқалады. Ф қоспасының құрамы Е нүктесінен сол жақта орналасқандықтан, алдымен
Т£ ТЕ температурада В компоненті кристалдана бастайды.
Температура ТЕ нүктесінен төмен алшақтаған сайын В заты көбірек балқыған сұйық күйден қаттыға ауысады. Ал балқыған қоспа А затымен көп байытыла бастайды. Балқыма құрамы l1Е қисығы бойынша өзгереді.
ТЕ температураға жеткенде бүкіл А және В қоспасы толық кристалданады.
Балқу диаграммасы бойынша, кристалдану процесі бір емес, екі қисықпен сипатталады: жоғары ликвидус қисығы, ол кристалдану басталуын бейнелейді және төмен S – солидус қисығы, ол кристалдану соңын білдіреді.
Осылайша ликвидус және солидус сызықтары күй диаграммаларында әртүрлі фазалардың болу аумақтарын шектейді. Келтірілген мысалда қисығынан жоғары сұйық фаза (А және В қоспасының балқымасы) жатады. S қисығынан төмен - қатты фаза, ал аралығында екі фаза да бірге болады.
Көрсетілген диаграммада ерекше сипаттамалық ТЕ нүктесінде бастапқы компоненттердің кристалдарының механикалық қоспасы болып табылатын эвтектика деп аталатын қатты фаза түзілетендіктен қарапайым эвтектикалық деп аталады. Қарапайым деп аталу себебі кристалдану нәтижесінде химиялық қосылыс немесе қатты ерітінділер түзілмейді.
Ерітінді және қатты ерітіндінің анықтамасын берейік. Ерітінді –екі немесе одан көп компоненттерден тұратын біртекті зат. Осылайша , ерітінді – жаңа зат, бастапқы заттардың қоспасы емес. Ерітінділер кез келген агрегаттық күйде фазалар түзеді. Қатты ерітінділер–атомдары жалпы кристалл торда орналасқан екі немесе одан көп компоненттерден тұратын құрамы ауыспалы заттар. Кез келген компоненттің салыстырмалы мөлшерін компонент концентрациясы деп атайды. Концентрацияның өлшем бірліктері – мольдік үлес х, проценттік құрам (атомдық немесе массалық) абсолюттік мөлшері N, атомдар саны/см3 (немесе см-3) . Еріткіш–концентрациясы қалған компоненттерінің концентрацияларынан айтарлықтай көп компонент. Қалған компоненттер – еріген. Термодинамикалық тепе-теңдік жағдайында берілген температура мен қысымда еріген компоненттің концентрациясы мүмкіндігінше максимал ерітінділер – қаныққан ерітінділер. Ал осы жағдайларда еріген заттың максимал мүмкін концентрациясы ерігіштік деп аталады.
1.9-сурет. Ві-Sb жүйесінде үздіксіз қатты ерітінділердің күй диаграммасы
Бұдан әр температурада ерігіштік шамасы әртүрлі болады, яғни «ерігіштік–Т» қисығы балқу диаграммасында көрсетіле алады. Мысал ретінде Bi - Sb жүйесін қарастырайық (1.9-сурет).
Lликвидус қисығынан жоғары балқыманың сұйық фазасы жатады. S солидус қисығының астында қатты фаза – ерітінді аумағы жатады. Құрамы Ф1 фигуративі (тұрқылық) нүктені қарастырайық. Жүйені l′ нүктесіне дейін суытамыз. Құрамы s′ кристалдар түзіле бастайды. K″ нүктесіне дейін ары қарай суыту құрамы s″ нүктесінде толық кристалдарының түзілуіне алып келеді, ал балқыма құрамы иін ережесі бойынша l″ нүктесіне сай келеді. Ары қарай суығанда қатты фаза құрамы s′s″s″′ қисығы бойынша өзгереді, ал балқыма құрамы -l′-l″-l′″ . Балқыма s″′ нүктесінде толық кристалданады. Егер суыту жүргізілсе, онда кристалдар барлық уақыт бойы балқымамен зат алмасады да, кристалданған зат олардың механикалық қоспасы болады.
Күй диаграммасының тағы бір түрі – дистектикалық. Бұл әрекеттесуші компоненттер жүйесінде белгілі бір құрамдағы химиялық қосылыстың түзілуін бейнелейді. 1.10-суретте Д дистектикалық нүктеде химиялық қосылыс түзіледі. Оның екі жағында эвтектика. Қатты денелер үшін маңызды - қатты ерітінділер түзілетін эвтектикалық типтегі диаграмма. Мысалы – Ag – Cu жүйесінің күй диаграммасы (1.11-сурет). Мұнда келесі фазалар бар: мыстың күмістегі a-қатты ерітіндісі, күмістің мыстағы b-қатты ерітіндісі. Бұл фазалар мен эвтектика нүктесі арқылы өтетін түзу арасында a + b-аумағы бар, ол - 2 қатты ерітіндінің эвтектикасы.
1.10-сурет. Дистектикалық күй диаграммасы
Осылайша Т-х диаграммалары жүйенің сипаты, ондағы компоненттердің қыздырғанда және суытқанда әрекеттесуінен болатын түрленулер туралы мәлімет береді.
Сонымен, физика-химиялық талдау – «құрам-қасиет» диаграммаларын геометриялық зерттеу арқалы компоненттердің кез келген санынан түзілген тепе-теңдік жүйелерде фазалардың санын, химиялық табиғаты және олардың болу шекараларын анықтайтын ғылым саласы.
1.11-сурет. Ag-Cu жүйесінің эвтектикалық күй диаграммасы