Xreferat.com » Рефераты по химии » Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

alt="Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов" width="197" height="26" align="BOTTOM" border="0" />

Cu2O–CuO–NiO

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

CuO – NiO – NiO2

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов


На диаграмме 2.1. можно выделить 8 областей, в которых присутствуют следующие фазы:

I – γ-фаза + NiO,

II – α-фаза + γ-фаза + NiO,

III – α-фаза + NiO,

IV – α-фаза + NiO + Cu2O,

V – α-фаза + Cu2O,

VI – Cu2O + CuO + NiO,

VII – CuO + NiOx (1<x<2),

VIII – CuO + NiO2 + {O2}.

Области I и V очень малы и в масштабе диаграммы вырождаются в линии.

Анализируя диаграмму Cu – Ni – O можно сделать следующие выводы о химической устойчивости медно-никелевых сплавов:

1) Окисление сплавов начинается уже при давлениях кислорода в газовой фазе над сплавами большем чем Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов атм. Поэтому медно-никелевые сплавы будут окисляться кислородом воздуха при 25оС.

2) Поскольку химическое сродство никеля к кислороду выше, чем меди, то начиная с мольных долей никеля выше Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов, то есть практически во всей области составов сплавов никель будет окисляться в первую очередь.

3) Так как для образования NiO2 требуется давление кислорода в газовой фазе над сплавом большее, чем Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов атм., то при окислении сплавов кислородом воздуха NiO2 образовываться не будет. Окисление никеля завершится образованием фазы NiOx (1<x<2).


2.4 Расчёт равновесия CuO – NiO – NiOx при 25оС


Для того, чтобы рассчитать значение х, соответствующее максимальной степени окисленности никеля в оксиде, который может образоваться в нормальных условиях, необходимо воспользоваться уравнениями:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.26),

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.27),

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.28),


поскольку давление кислорода воздуха при нормальных условиях составляет 0,21 атм.

Для того, чтобы совместно решить систему уравнений (2.27) – (2.28) относительно х, нужно задать в явном виде зависимость Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавовот х.

Существует приближённая функциональная связь между стандартной энергией Гиббса образования оксидов данного металла из элементов и стехиометрическим составом оксидов [13]:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.29),


где i, j – степени окисленности оксидов металла, для которых существуют наиболее достоверные термодинамические данные, х – степень окисленности неизвестного оксида.

Hаиболее достоверные термодинамические данные для никеля получены только для оксида NiO: Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов. Данные для оксида Ni2O3 получены расчётным путём: Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов. Поскольку для гипотетического оксида NiO1,5 энергия Гиббса образования вдвое меньше, то Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов[13].

Таким образом, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавови формула (2.29) преобразуется к виду


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.30),


А в нормальных условиях Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.31).

Подставляя (2.31) в (2.27) и решая уравнение с учётом (2.28), можно найти значение х, соответствующее максимальной степени окисленности никеля в оксиде, который может образоваться в нормальных условиях:

х=1,346.

Таким образом, окисление медно-никелевых сплавов на воздухе заканчивается образованием CuO и нестехиометрического соединения NiO1,346.


2.5 Оценка области гомогенности фазы NiOx при различных температурах в равновесии с атмосферным воздухом


Используя уравнения (2.27), (2.28) и (2.30) можно оценить область гомогенности фазы NiOx при различных температурах в равновесии с атмосферным воздухом, то есть найти значение х, соответствующее максимальной степени окисленности никеля в оксиде, который может образоваться на воздухе при различных температурах.

Для этого нужно знать температурные зависимости стандартных энергий Гиббса образования соединений NiO и NiO1,5.

Для соединения Ni2O3 имеются только данные о стандартныx энтальпии и энтропии образования [13]:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов.


Поэтому стандартную энергию Гиббса образования можно рассчитать только приближённо, предполагая, что Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов и Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов не зависят от температуры.


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.32)


Все необходимые исходные данные для расчёта стандартной энергии Гиббса образования NiO представлены в табл. 2.2 – 2.3.


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.33),

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.34),

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.35),


Подставляя (2.34) и (2.35) в (2.33):


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.36)


Причём:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.37),

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.38).


Поскольку Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.39), то


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.40),

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.41).

Результаты расчётов стандартных энергий Гиббса образования NiO и NiO1,5, а также зависимостей стандартных энергий Гиббса образования NiOx от х представлены в табл. 2.6.


Табл. 2.6. Стандартные энергии Гиббса образования оксидов никеля при различных температурах

T, K

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

100 -201905 -451030 -225515

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

200 -211430 -425460 -212730

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

273 -211775 -406794 -203397

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

298 -211430 -400400 -200200

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

400 -208650 -374320 -187160

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

500 -204977 -348750 -174375

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов


Рассчитанные значения х, соответствующие максимальной степени окисленности никеля в оксиде, который может образоваться на воздухе представлены в табл. 2.7.


Табл. 2.7. Значения х при различных температурах

T, K 100 200 273 298 400 500
x 1,939 1,505 1,377 1,346 1,232 1,143

2.6 Построение диаграмм рН – потенциал систем сплав МН19 – H2O и сплав МНЖМц30–1–1 – Н2О при 25оС


Линии на диаграммах рН – потенциал рассчитываются по равновесным процессам. В общем виде для процесса


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.42)

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.43).

Поскольку Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов, то

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.44).


Здесь φi – равновесный электродный потенциал реакции, φio – стандартный электродный потенциал.


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.45).


И, после подстановки (2.45) в (2.44), перехода от натуральных логарифмов к десятичным и учёта того, что Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.46).


Диаграммы рН – потенциал строят, зафиксировав активности компонентов, находящихся в растворе, так чтобы последний член равенства (2.46) был постоянным. Затем строят прямую линию, пересекающую ось потегциалов в точке Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов с тангенсом угла наклона, равным Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов. При 25оС Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов.

Наклонные линии на диаграмме Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов будут соответствовать равновесиям, в которых принимают участие и электроны и ионы Н+, горизонтальные линии Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов – равновесиям, в которых не принимают участие ионы Н+, вертикальные линии Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов – чисто химическим равновесиям, без участия электронов.

Линии чисто химических равновесий нельзя построить с использованием уравнений (2.43) – (2.46). Вместо них используются уравнения

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.47),

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.48),

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (2.49).


В данной работе построены диаграммы рН – потенциал для систем сплав МН19 – вода и сплав МНЖМц30–1–1 – вода при активностях ионов в растворе равных Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов.

При построении линий, соответствующим равновесиям с участием металлов, их активности принимаются равными активностям компонентов сплавов МН19 и МНЖМц30–1–1 (см. табл. 2.4.). Активности всех оксидов принимаются равными единице.

На всех построенных диаграммах все оксиды представлены в виде негидратированных форм.

При построении диаграмм были использованы литературные данные [14 – 16].

Диаграмма рН – потенциал системы сплав МН19 – Н2О при условии Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов приведена на рис. 2.2. Основные химические и электрохимические равновесия указаны в табл. 2.8.

Диаграмма рН – потенциал системы сплав МН19 – Н2О при условии Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов приведена на рис. 2.3. Основные химические и электрохимические равновесия указаны в табл. 2.9.

Диаграмма рН – потенциал системы сплав МН19 – Н2О при условии Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов приведена на рис. 2.3. Основные химические и электрохимические равновесия указаны в табл. 2.10.


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Рис. 2.2. Диаграмма рН – потенциал системы сплав МН19 – Н2О при 25оС, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов атм. (воздух) и Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов.


Табл. 2.8. Основные химические и электрохимические равновесия в системе сплав МН19 – Н2О при 25оС, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов атм. (воздух) и Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

№ линии Электродная реакция Равновесный потенциал (В) или рН раствора
1

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

-0,248
2

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,135–0,0591pH
3

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

4

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,338
5

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,465–0,0591pH
6

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,575–0,0591pH
7

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,211+0,0591pH
8

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

pH 3,08
9

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

3,360–0,1182pH

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Рис. 2.3. Диаграмма рН – потенциал системы сплав МН19 – Н2О при 25оС, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов атм. (воздух) и Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов.


Табл. 2.9. Основные химические и электрохимические равновесия в системе сплав МН19 – Н2О при 25оС, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов атм. (воздух) и Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

№ линии Электродная реакция Равновесный потенциал (В) или рН раствора
1

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

-0,337
2

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,135–0,0591pH
3

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

4

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,250
5

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,465–0,0591pH
6

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,575–0,0591pH
7

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,034+0,0591pH
8

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

pH 4,58
9

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

3,272–0,1182pH

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Рис. 2.4. Диаграмма рН – потенциал системы сплав МН19 – Н2О при 25оС, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов атм. (воздух) и Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов.


Табл. 2.10. Основные химические и электрохимические равновесия в системе сплав МН19 – Н2О при 25оС, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов атм. (воздух) и Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

№ линии Электродная реакция Равновесный потенциал (В) или рН раствора
1

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

-0,425
2

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,135–0,0591pH
3

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической
    <div class=

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: