إن فهم درجات الحرارة والتكوينات الحرجة في النظم الثنائية والداخلية أمر أساسي في علوم المواد والهندسة الكيميائية، وهذه البارامترات تساعد على تحديد استقرار المرحلة وسلوك المواد في ظروف مختلفة، وتوفر هذه المادة استعراضاً عاماً مباشراً لكيفية إجراء هذه الحسابات.

درجات حرجة في النظم البادية

في النظم الثنائية، درجة الحرارة الحرجة هي درجة الحرارة التي تسوء فيها المرحلتان تماماً، لتحسبها، تحتاج إلى بيانات تخطيط المرحلة وخواص الديناميا الحرارية للمكونات.

ومن بين الوسائل المشتركة استخدام الطاقة الحرة للخلط في جيبز، يمكن تقدير درجة الحرارة الحرجة بتحليل منحنى الطاقة المجانية في تركيبات مختلفة، ودرجة الحرارة التي تبلغ فيها المشتق الثاني للطاقة الحرة فيما يتعلق بالتكوين صفرا هي درجة الحرارة الحرجة.

التركيبات الحرجة في النظم البنائية

والتكوين الحاسم هو النسبة المحددة للعناصر التي يحدث فيها الفصل التدريجي عند درجة الحرارة الحرجة، ويمكن تحديده من الرسوم البيانية للمرحلة أو حسابه باستخدام نماذج الدينامية الحرارية مثل نموذج الحل العادي.

وتشمل الحسابات حل المعادلات المستمدة من التعبيرات الحرة عن الطاقة لإيجاد التكوين الذي ينتقل فيه النظام من مرحلة إلى مرحلتين.

توسيع نطاق النظم الإقليمية

وتشمل النظم الإقليمية ثلاثة مكونات، تزداد تعقيدا، وتُحدَّد درجات الحرارة الحرجة والتكوينات بتحليل مخططات المرحلة البديلة ونماذج الدينامية الحرارية التي تُسجَّل التفاعلات بين العناصر الثلاثة جميعها.

وتشمل الأساليب بناء أقسام طبيعية من الرسوم البيانية للمرحلة وتطبيق أدوات حاسوبية لحل أوضاع التوازن، وكثيرا ما تتطلب هذه الحسابات أساليب رقمية متكررة نظرا لتعقد التفاعلات.

موجز خطوات الحساب

  • جمع بيانات الديناميكا الحرارية للعناصر
  • وضع أو الحصول على مخططات المرحلة.
  • تطبيق نماذج الطاقة المجانية لتحليل استقرار المرحلة
  • استخدام أساليب رياضية لإيجاد نقاط حرجة.
  • تحقيق نتائج قيّمة مع البيانات التجريبية إذا كانت متاحة.