Основные термодинамические свойства и константы элементов металлургических систем
В практике металлургических расчетов используют значения термодинамических констант элементов, участвующих в многообразных реакциях, происходящих на различных стадиях металлургических процессов.
К основным термодинамическим константам элементов относятся:
- теплота атомизации элементов – это количество теплоты, которое требуется для перехода элемента из стандартного кристаллического или газообразного молекулярного состояния в одноатомный газ;
- теплота испарения (теплота парообразования) – это количество теплоты, поглощаемое веществом при изотермическом испарении жидкости, равновесной со своим паром;
- энтропии кристаллических и газообразных одноатомных элементов;
- температуры плавления и кипения.
Установлено, что существует периодическая зависимость термодинамических констант, соответствующая в основном периодическому закону химических элементов.
Известны определенные соотношения между различными термодинамическими константами элементов. Например, максимальными энтропиями в газообразном состоянии обладают, как правило, элементы, имеющие максимальную энергию атомизации.
Установлены
эмпирические зависимости между
термодинамическими константами.
Рассчитать энтропии S
газов по молекулярному весу М
можно для двухатомных газов по
уравнению: 
;
для
трехатомных газов 
.
Эмпирическая связь между теплотой испарения Lисп и температурой кипения Ткип при давлении 105 Па (1 атм) может быть определена из соотношения
.
где R – универсальная газовая постоянная.
Зависимость энтальпии ΔНпл. от температуры плавления Тпл. устанавливает эмпирическое уравнение Дюлонга-Пти:
.
Константы равновесия химических реакций
Равновесным состоянием называется такое термодинамическое состояние системы, которое не изменяется во времени при данных внешних условиях её существования и характеризуется минимальным значением изотермных потенциалов.
При устойчивом равновесии любые состояния смежные с ним являются менее устойчивым и переход к ним из состояния равновесия всегда связан с затратой работы извне.
Когда говорят о химическом равновесии, то имеют в виду устойчивое равновесие.
Если возможны разные направления изменений данного вещества и образование продуктов, различных по устойчивости, то не всегда преобладающим будет то направление, которое ведет к устойчивому состоянию. То или другое направление процесса определяется в первую очередь соотношением скоростей параллельных процессов, а в большинстве случаев скорость зависит не столько от термодинамических параметров процесса, сколько от кинетических факторов. Поэтому очень часто процесс ведет к образованию продукта, который по термодинамической устойчивости занимает промежуточное место между исходными веществами и возможными продуктами взаимодействия, обладающими наибольшей устойчивостью в данных условиях. Это наблюдается и в химических реакциях и в фазовых переходах (при закалке стали фиксируется аустенитная структура, метастабильная при температурах ниже температур полиморфного превращения).
Условия устойчивого равновесия:
неизменность равновесного состояния системы при сохранении внешних условий;
подвижность равновесия, то есть самопроизвольное восстановление равновесия после прекращения внешнего воздействия, вызвавшего незначительное отклонение системы от положения равновесия;
динамический характер равновесия, то есть установление и сохранение его вследствие равенства скоростей прямого и обратного процессов;
возможность подхода к состоянию равновесия с двух противоположных сторон;
минимальное значение изобарно-изотермического или изохорно - изотермического потенциала соответственно в изобарно – изотермическом или изохорно – изотермическом процессах или соответствующее экстремальное значение другой характеристичной функции при иных путях проведения процесса.
Из общих условий устойчивого равновесия выводятся конкретные условия для химического равновесия.