混合による、融点の低下のメカニズムについて

質問

こんにちは。表題について疑問を持っております。

金属は、合金化すると、融点が下がりますよね。また、セラミックスも、助剤などを混合すると、焼結温度が下がったりする。時には、液相ができたりします。

なぜか？と疑問を持っても教科書は、「状態図のとおり～」といった説明となっており、詳しいメカニズムがよくわかりません。
活性化エネルギー？とかが関係しているのでしょうか？

少しでも良いので、お力を貸していただければ、と思います。よろしくお願いいたします。

回答No.2

drmuraberg · ベストアンサー

学生時代、相図から情報を読取るのに苦労した思い出が有ります。でも、相図は
どうして作るのと言うことは、あまり考えたことが有りませんでした。

合金を異種の金属の混合物と考えると、理論的にはGibbsの自由エネルギーの
考察から相律が求められます。
金属の場合圧力による体積変化が小さいので、自由エネルギーFは、
内部エネルギーをE、エントロピーSとすると
F=E-TS、　平衡条件　ｄF＝０　　　　　となります。

Eは原子の配列のみからの寄与Eoと温度Tでの熱容量の項Etからなります。
Sは混合のエントロピーSoと温度Tでの熱エントロピーStの項からなります。

Eは二種の金属A,Bが固容体を作るか、それぞれ全く自由な配置をとれる場合
（相分離が起こらない場合）、A,Bの組成比に応じて単純に加えたもの（加法性）
より小さいか等しくなります。
－TSも同様なA,B組成比依存性を示します。
結果として、自由エネルギーFは組成A→Bを横軸にした場合、下に凸な曲線
となります。
温度TをパラメータとしてT1＜T2＜T3＜・・・＜TnでFの曲線を描くと、
温度上昇に応じて曲線Fは上方にシフトします。

金属Aと金属Bの合金のある組成での融点が、加法性より低くなる事実は
この自由エネルギーFが下に凸であることからきています。
したがって、エントロピー効果が主と考えられます。

お礼

大変ご丁寧なご回答、感謝です！

なるほど、混合によってエントロピーが増大し、それによって自由エネルギーが低下するため、融点が降下するのですね？

少し解ったような気がします。物理化学の教科書なども読んでみようと思います。どうもありがとうございました。

回答No.1

noname#160321

「相図」に従って「結晶系」を探せばそれぞれの混合比での性質は分ります。

お礼

ご回答ありがとうございます。
融点降下の、エネルギー的な視点からみたメカニズムはどのようなものでしょうか？