Fazni dijagram

U fizikalnoj hemiji, mineralogiji i nauci o materijalima, fazni dijagram je vrsta grafik koji pokazuje ravnotežne uslove između termodinamički različitih faza. U matematici i fizici, fazni dijagram ima drugu značenje kao sinonim za fazni prostor.

 Dijagrami pritisak-temperatura 
Najjednostavniji fazni dijagrami su dijagrami pritisak-temperatura jedne jednostavne supstance, kao što je voda. Apscisa i ordinata odgovaraju pritisku i temperaturi. Fazni dijagram pokazuje, u prostoru pritisak-temperatura, linije ravnoteže ili fazne granice između tri faze: čvrste, tečne i gasovite.

mini|300px|Tipični fazni dijagram. Linija, označena tačkama, pokazuje anomalijsko ponašanje vode. Zelena linija označava tačku smrzavanja, a plava linija tačku ključanja, te pokazuju kako se one mijenjaju sa pritiskom.

Oznake na faznom dijagramu pokazuju gdje je slobodnu energiju nemoguće odrediti. Otvoreni prostori, gdje je slobodnu energiju moguće izračunati, odgovaraju fazama. Faze su odvojene linijama neodređene energije gdje se fazni prijelazi odvijaju, koje se zovu granice faza.

Na dijagramu, fazna granica između tečnosti i plina ne ide u beskonačnost. Nasuprot, završava se u tački na faznom dijagramu koja se naziva kritična tačka. Ovo se odražava na činjenicu da se tečne i plinovite faze, pri ekstremno visokim temperaturama i pritiscima, ne razlikuju, te postaju nešto što je poznato pod nazivom superkritični fluid. Kod vode, kritična tačka nalazi se na oko 647 K (374 °C ili 705 °F), te 22,064 MPa.

Postojanje kritične tačke tečnosti i plina otkriva neznatnu dvoznačnost u gornjoj definiciji. Kada se ide od tečne prema plinovitoj fazi, obično se prjeđe fazna granica, ali moguće je odabrati put koji nikad ne prelazi granicu idući ravno do kritične tačke. Na taj način, tečna i plinovita faza mogu se kontinuirano miješati jedna s drugom. No, nemoguće je da granica čvrste i tečne faze završi u kritičnoj tački na isti način kao ona od tečne i plinovite, zato što čvrsta i tečna faza imaju različitu simetriju.

Zanimljivo je da granice između čvrstih i tečnih faza u faznim dijagramima većine čvrstih tvari imaju pozitivan nagib, zbog toga što čvrste faze imaju veću gustoću od tečnih, pa se s povišenjem pritiska povećava temperatura topljenja. To nije slučaj kod vode, gdje granica između čvrstog i tečnog stanja ima negativan nagib, a uzrok tome je anomalija vode.

 Binarni fazni dijagrami 
Ostale, mongo komplikovanije vrste faznih dijagrama, mogu se konstruisati, pogotovo kada je prisutno više od jedne čiste komponente. U ovom slučaju, koncentracija postaje veoma bitna varijabla. Fazni dijagrami, sa više od dvije dimenzije, mogu se konstruisati kako bi se pokazao uticaj više od dvije varijable na fazu substance. Fazni dijagrami mogu koristit i druge varijable kao nadopunu ili kao zamijenu za temperaturu, pritisak i sastav (npr. jačina eletričnog ili magnetnog polja), kao i substance koje uzimju više od tri stanja materije.

mini|300px|Fazni dijagram binarnog sistema, koji pokazuju eutektičku tačku.

Jedan tip faznog dijagrama prikazuje odnos temperature u relativne koncentracije dvije tvari u binarnoj smjesi pa se naziva binarni fazni dijagram. Takva smjesa može biti ili čvrsta otopina ili smjesa dviju tvari koje ne tvore čvrste otopine. Ova dva različita tipa smjesa rezultuju u veoma različitom grafu.

Jedna od najvažnijih karakteristika faznih dijagrama je kongruentna tačka u kojoj se čvrsta faza direktno transformiše u tečnu. Postoji i peritektoid, tačka gdje se dvije čvrste faze kombinuju u jednu čvrstu fazu tokom zagrijavanja. Suprotno od ovoga, tačka u kojoj se jedna čvrsta faza transformira u dvije faze tokom zagrijavanja naziva se eutektoid.

x-osa takvog dijagrama predstavlja koncentraciju smjese. Budući da su smjese obično daleko od razrjeđenja, pa je njihova gustoća kao funkcija temperature obično nepoznata, prvenstveno se mjeri molarni udio. Ne bi bilo praktično koristiti veličinu temeljenu na volumenu kao što je molalitet.

 Uobičajne komponente faznog dijagrama 
Linije ravnoteže ili fazne granice odnose se na linije koje pokazuju gdje se odvijaju fazni prijelazi.

Trojna tačka je, u faznom dijagramu pritisak-temperatura, jedinstveno prosjecište linija ravnoteže između tri stanja materije, najčeće čvrste, tečne i gasovite faze.

Za fazne dijagrame sa temperaturom na ordinati, solidus linija je linija ispod koje je supstanca stabilna u čvrstom stanju. Likvidus linija je linija iznad koje je substanca stabilna u tečnom stanju. Između solidus i likvidus linija može se nalaziti praznina. Unutar praznine supstanca se sastoji od čvrstih kristala i tečnosti.

 Fazni dijagram tečnih kristala 
U fizici tečnih kristala, fazni dijagrami se koriste u slučaju miješanja nematogeničnih komponenti, kako bi se uspostavila razlika između izotropne i nematiče tečne faze.

 Također pogledajte 
 Gibbsovo pravilo faze
 Hamiltonska mehanika

 Vanjski linkovi 

 Kolekcija od oko  150 faznih dijagrama legura, kao i nekih PT dijagrama

 Reference 

Kategorija:Nauka o materijalima
Kategorija:Metalurgija
Kategorija:Fizikalna hemija