제 2 장 1성분계 상태도
2.1 물의 상평형도
㉠ 기체, 액체 및 고체상태만의 영역 : C = ( ), P = ( ), F = C - P + 2 = ( ) - 온도 압력의 양쪽을 상태도 영역에서 임의로 선택
- 상압에서 물의 온도를 자유로이 올리거나 내릴 수 있음 ( F = C - P + 1 = ( ))
㉡ 얼음-물 혹은 물-수증기 등 2상이 공존하는 선 : C = ( ), P = ( ), F = C - P + 2 = ( ) - 온도와 압력 중에서 어느 하나의 변수만을 한정된 범위 내에서 임의로 선택하고,
다른 하나는 상태도 내 두상의 곡선에 따라 자연히 결정됨
㉢ 얼음-물-수증기 3상이 공존하는 삼중점 : C= ( ), P = ( ), F = C - P + 2 = ( ) - 온도, 압력을 임의로 선택할 수 없음
- 압력 : ( ) mm Hg ( ) atm, 4.579 torr), 온도: ( )℃
㉣ Triple Point
- At the triple-point temperature, T3, and triple-point pressure, P3, - three phases can coexist at equilibrium
(1성분계에서 3상이 공존)
㉤ Critical Point ( )
- At a temperature above the critical temperature, Tc, and a pressure above the critical pressure, Pc,
- it is no longer possible to distinguish between the gas and liquid phases
- At T > Tc and P > Pc the substance is referred to as a super-critical fluid ( ) - 압력 ( ) atm, 온도 ( )℃
2.2 SiO2의 변태
2.2.1 Silica 계
α-quartz와 β-quartz의 공존영역 C = ( 1 ),
P = ( 2 ),
F = C - P + 2 = (1)
- 압력을 1기압으로 고정하면 ( F = ( 0 )) 온도는 573℃로 결정
Fig. Temperature/Pressure phase diagram for Silica Fig. SiO2 phase is 'polymorphic:' 1. Don't forget that phase diagrams do not only
2. Pressure can be an important parameter.
2.2.2 상전이 (상변태)
㉠ ( ) (polymorphism) : 한 개의 물질이 결정구조가 다른 두 개 이상 형태로 존재하는 것 변태의 원인 : 주어진 온도와 압력에서 자유에너지가 낮은 상으로 전환
전이 속도 : 원자이동의 활성화에너지 크기와 새로운 상으로의 결정핵 형성 난이도
㉡ 종류 (1) 배위수가 변하지 않는 동질이상 변화
재구축형 : Ni(CCP, HCP), Se, zincblende ↔ wurtzite quartz ↔ tridymite ↔ crystobalite
rutile ↔ brookite ↔ anataze (TiO2에서 6개의 O원자로 팔면체 배위) 변위형 : α-quarzt ↔β-quartz, provskite
(2) 배위수가 변하는 동질이상 변화
RbCl(CsCl 구조 - -190℃-NaCl 구조) , aragonite ↔ calcite( , CaTiO3, γ-Fe(면심입방정) ↔ α-Fe (체심입방정)
(3) 이상적 구조와 결함구조의 전이가 일어나는 동질이상 변화
β-AgI(137℃～146℃, wurzite) ↔ α-AgI(146℃～용융온도, I원자 체심입방, Ag: 격자내) (4) 결합형태가 변하는 동질이상 변화
diamond ↔ graphite
870℃ 1470℃ 1730℃
β-Quartz β2-Tridymite β-Cristoblite Melt (육방정) (단사정,육방정) (입방정)
163℃
573℃ β1-Tridymite 241℃
117℃
α-Quartz α-Tridymite α-Cristoblite (능면정, 삼방정) (육방정) (정방정)
* SiO2는 quartz, tridymite 및 cristobalite 광물로 존재하며, 각 광물은 고·저온변태를 가지고 있다.
SiO2의 3가지 형태는 모두 중심의 Si 원자를 4개의 O가 둘러싼 사면체로 되어있다. O원자는 2개의 Si 사이에 존재한다. 즉 사면체들의 4개의 꼭지점은 모두 연결되어 있다. Si 원자는 둘러싼 4개의 O 원자 개개의 l/2을 차지하기 때문에 SiO2에서 Si와 O의 비율이 l : 2가 된다.
( ) 전이(displacive transformation) : 결합구조가 재배열 되지 않고 다만 원자가 다소 변위되는 상변화
갑자기 그리고 ( ) (reversible) 으로 일어남 α-Quartz (능면정 격자)― β-Quartz(육방정 대칭구조) :
- Si는 4개의 O와 배위, Si-O 결합을 부수지 않고 Si 원자를 다소 변위
- 냉각시 β-quanz에서 Si가 밀려 두겹 축이 부서져 결국 육방정계축이 빠르게 삼 방정(능면정)계축으로 전환되면서 α-quanz가 되나 사면체 간의 연결은 그대로 남아있음
- 변위와 회전으로 구조의 대칭이 바뀔 뿐
( ) 전이(reconstructive transformation) : 공간격자구조를 부수고 완전히 구조가 재배열 되며 배위수는 변하지 않음
대단히 느린 ( ) (irreversible) 전이
β-Quartz ---> β -Tridymite ---> β-Cristoblite
Fig. Polymorphous modifications of silica
(a) cristobalite, (b) tridymite, (c) quartz, (d) coesite, (e) stishovite
2.3 ZrO2의 변태
Fig. Phase diagram of ZrO2. Fig. 상전이에 따른 체적팽창
단위정 길이( ) 단위정 길이 ( ) 단위정 길이 ( ) 단위정 각도( ) 단위정 각도 ( ) 단위정 각도 ( )
