نظام أصهري

النظام الأصهري[1] أو النظام سهل الانصهار[2] أو نظام يوتكتي[3] (وذلك من eutectic والمشتقة من اللفظ الإغريقي "ευ" (يو) بمعنى سهل، ومن Τήξις (تكسيس) بمعنى انصهار) . هو حالة من حالات التوازن الطوري لنظام مكون من عنصرين (على الأقل) في سبيكة متجانسة.

رسم بياني لأطوار خليط ثنائي من العنصرين A وB . ويستخدم الرسم لتصيور التركيب سهل الانصهار واعتماده على درجة الحرارة واختلاف نسب المادتين. ونقطة L هي نقطة يوتكتي ؛ وتدل على أقل درجة حرارة ينصهر عندها المخلوط.

رسم بياني للأطوار

الرسم البياني يبين الآتي: إلى اليمين العنصر B بنسبة 100% (بالتالي تكون نسبة العنصر A مساوية 0 % )؛ ويمثل المحور إلى اليسار وجود العنصر A بنسبة 100% (وعدم وجود العنصر B). ويبين الشكل أن العنصر B النقي ينصهر عند درجة حرارة عالية عند L+B ؛ واما العنصر النقي A فله درجة انصهار عالية أخرى عند L+ A . إذا بدأنا بالعنصر B وأضفنا إليه 10% مثلا من العنصر A (يصبح B في المخلوط بنسبة 90%) نجد أن نقطة انصهار المخلوط تقل تبعا للخط العلوي L+B . (الخط العلوي L+B هو الحد الفاصل بين السائل (أعلى) والصلب (أسفل)). وإذا أزدنا نسبة A في المخلوط ليصبح 20% A إلى 80 % B نجد أن نقطة الانصهار تنخفض تبعا للخط العلوي L+B ، ولا نزال نغير نسبة المادتين حتى يصل المخلوط إلى أقل درجة حرارة ينصهر فيها وهي النقطة L ، وهي تسمى نقطة اليوتيكي . وليس بالضرورة أن تكون نقطة اليوتيكي عند 50% A و50% B للمخلوط، فعادة تكون نقطة اليوتيكي L منزاحة نحو اليمين أو اليسار بحسب خواص مواد المخلوط.

بالمثل إذا بدأنا من أقصى اليسار حيث يكون العنصر A نقيا. فعدما نخلطه بالعنصر B بنسب مختلفة نجد أن درجة انصهاره تنخفض حتى النقطة L .

عند نقطة اليوتيكي يسمى المخلوط المزيج الأصهري أو التركيب الأصهري، والذي يتميز بأن له أخفض نقطة انصهار بالمقارنة مع النسب الأخرى للمخلوط. وتدعى درجة الحرارة تلك بالنقطة الأصهرية.

يكون للمزيج الأصهري (أو المزيج اليوتيكي) بنية بلورية خاصة تدعى باسم الشبكة الفائقة superlattice ؛ ويكون فيها ترتيب الذرات منتظما ليس على المستوى القريب فقط وإنما على المستوى البعيد أيضا في المادة (أي يشمل مئات أو آلاف الذرات). عندئذ ينصهر المزيج ككل عند النقطة الأصهرية، ويسيل النظام البلوري للذرات في نفس الوقت ويتحول إلى مزيج سائل (الصهارة). بالتالي، فإن النقطة الأصهرية هي أخفض درجة انصهار ممكنة من مزيج عناصر، وهي تحدث عند المزيج اليوتيكي.

عادةً ما يمثل النظام الأصهري في مخطط أطوار كما هو مبين في الشكل أعلاه. تعرّف النقطة الأصهرية (نقطة اليوتيكي) على أنها النقطة التي توافق درجة الحرارة الأصهرية ونسبة المزيج الأصهري.

تفاصيل أخرى في أطوار مزيج

طبقا للرسم البياني نجد ان العنصر B يتبلور مثلا في نظام بلوري مكعب (β) ، في حين أن العنصر A يتبلور في نظام بلوري آخر (نظام بلوري سداسي مثلا α) . نجد أن النظام البلوري المكعب β يغلب في وجود نسب قليلة من A . وهذا ما يشير إليه الرسم البياني إلى اليمين حيث يوجد خط فاصل بين المتبلور β والمتبلور L+ β . أما أسفل نقطة اليوتيكي فنجد أيضا حدا فاصلا بين الطور β والطور α + β . في الوسط يغلب نظام التبلور α + β (انظر الشكل).

بالمثل نجد أن النظام البلوري السداسي α يغلب إلى اليسار حيث نسبة العنصر A في المزيج كبيرة.

كل مزيج من تلك الخلطات يسمى طورا للمادة، وكل طور يتميز بخواص بلورية مختلفة وبالتالي بخواص فيزيائية وكيميائية مختلفة، وهي جميعها تعتمد على نوعي العنصرين المشكلين للمزيج وكذلك على درجة حرارة المزيج. تلك الخصائص نستعين بها في تحضير الفولاذ وتحضير الأنواع المختلفة من الحديد (انظر أسفله ومخطط الحديد والكربون) .

التفاعل اليوتيكي

أربعة هياكل سهلة الانصهار: أ) صفائحي. ب) قضيبي. جـ) كروي. د) إبري.

يعرّف التفاعل اليوتيكي  كما يلي:

هذا التفاعل يبين حالة توازن بين الطور السائل والمحلول الصلب α والمحلول الصلب β . حالة التوازن هذه تشبه حالة انصهار الحديد حيث تظل درجة الحرارة "ثابتة" حتى يتحول كل الحديد إلى الطور السائل. من الوجهة الترموديناميكة يتصف هذا التوازن بأن الطاقة الحرة للنظام تكون مساوية للصفر. وهذا يعني أن السائل واثنين من المحاليل الصلبة α وβ تتواجد  في الوقت نفسه، ويكونوا في حالة توازن كيميائي. أي معدل تغير المواد من اليمين إلى اليسار في التفاعل تكون مساويا لمعدل تحول السائل من اليسار إلى اليمين.

بعد تبريد النظام يتخذ المزيج بنية من التفاعل اليوتيكي تعتمد على عدة عوامل. أهم تلك العوامل هو كيفية تبلور السائلين الجامدين ونمو بلوراتهما. عمليا تنتج في الأغلب بنية رقائقية، ولكن بنيات أخرى محتملة تشمل البنية الكروية أو القضيبية أو الإبرية. [4] باختلاف تلك البنيات الداخلية للسبيكة الناتجة تختلف خواصها الفيزيائية، كالصلابة والمرونة والهشاشة ومقاومة الصدأ وغيرها.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ترجمة Eutectic في قاموس المورد، البعلبكي، بيروت، لبنان.، الكلمة مشتقة على وزن اسم التفضيل من الفعل صَهَرَ، على وزن أصهر، بمعنى الأكثر قابلية للانصهار.
  2. ترجمة Eutectic في المعجم الطبي الموحد
  3. ترجمة Eutectic في قاموس المورد، البعلبكي، بيروت، لبنان.
  4. Smith & Hashemi 2006، صفحات 332–333.
    • بوابة كيمياء فيزيائية
    • بوابة تعدين
    • بوابة الكيمياء
    • بوابة الفيزياء
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.