solidvätskefaser

Solidvätskefasen är det tillstånd där fast och flytande fas av ett ämne är i termodynamisk jämvikt vid ett visst tryck. Detta område finns längs fasgränsen mellan fast och flytande i ett fasdiagram och är centralt vid processer som smältning, stelning och legeringsbildning.

I ett rent ämne uppträder smältningen vid en specifik smältpunkt Tm vid ett givet tryck. Vid jämvikt mellan fast och flytande fas är Gibbs fria energi lika för de två faserna och smältningen kräver smältentalpi, ΔHm, motsvarande energin som tillförs övergången.

I legeringar uppträder ofta ett smältintervall mellan solidus- och liquiduslinjerna. Mellan dessa gränser kan både fast och flytande fas finnas samtidigt i ett två-fasområde. Vissa sammansättningar uppvisar särskilda punkter, exempelvis eutektiska punkter där ett särskilt lågt smältområde uppnås.

Den grundläggande termodynamiken beskriver jämvikt mellan faserna genom lika kemisk potential. Smältgränsen varierar med tryck enligt Clapeyron-ekvationen: dT/dP = ΔVf / ΔSf, där ΔVf är molär volymförändring vid smältningen och ΔSf är entropiförändringen (ΔHm/Tm). Sättet som tryck och sammansättning påverkar smältpunkten är därför materialberoende.

Användning och studier: Fasdiagram och kunskap om solidvätskefasen är avgörande inom metallurgi, glas- och plastproduktion samt livsmedelsbehandling. Differential scanning calorimetry (DSC) används för att mäta smältenthalpi och smälttemperaturer. I industrin styrs smältning, stelning och legeringens egenskaper genom att kontrollera temperaturer och uppvärmnings-/nedkylningstakt.

Exempel: Vatten har en smältpunkt vid 0°C vid 1 atm; is–vatten-smältningen är välkänd. I många legeringar uppträder smältningar över ett intervall och eutektiskapunkter ger särskilda temperaturer.