ギブスの自由エネルギー金属材料基礎講座（その9）

2019-08-15

◆ ギブスの自由エネルギー

　金属材料に限らず水などにおいても、自然界の物質は固体、液体、気体の3つの状態があります。

　熱力学的な話になりますが、これらの状態は温度と圧力によって、どの状態が安定状態になるか決まります。ここで色々な状態を表す用語があります。

　例えば、氷水などのように固相、液相が分かれているものは固・液2相となり、水と油のように液相同士だけど境目がはっきりしているものは液・液2相となります。

凝固：液相から固相に固まること。その温度を凝固点と言います。
溶解：固相から液相に溶けること。その温度を融点と言います。
析出：固相から固相が現れること。ジュラルミン合金の時効析出などです。
拡散：金属内を原子が移動することです。これは同一金属原子の中でも金属原子の移動が起こる自己拡散と2つの物質の間で原子の移動が起こり、全体的に濃度が均一な方向に動くことを相互拡散と言います。均質化熱処理などはこれに相当します。

　ギブスの自由エネルギーは以下の式のように表されます。

　　G=PV+U-TS

　　G：全体としての自由エネルギー。低い方が安定します。
　　P：圧力。
　　V：体積。
　　U：内部エネルギー(エンタルピー)...

。
　　T：温度。
　　S：エントロピー。

　金属材料の場合、圧力は大気圧でほぼ一定として扱うことが多いため、実質的には第1項目を省略した以下の式になります。

　　G=U-TS

　上述の凝固、溶解、析出などの現象はこの自由エネルギーの変化として起こることなのです。

　次回に続きます。

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