Металл тотықтарын газтәрізді тотықсыздандырғыштармен тотықсыздандыру

Жұмыстың мақсаты: Металл тотықтарын газтәрізді тотықсыздандырғыштармен тотықсыздандырудың бастапқы температураларын анықтау. Сәйкес тотықтардың түзілуінің бастапқы температураларын анықтау талап етіледі. Есеп нәтижесін график түрінде көрсету. Қорытынды жазу

Жұмыстың жоспары:

1. Теориялық бөлім

2. Есептеу мысалы

3. Өз бетімен шығаруға арналған нұсқалар

Кілт сөздер: газ, тотықсыздандырғыш, тотықтар, монооксид, сутегі, температура, потенциал.

Бақылау сұрақтары:

1.Тотықсыздандыру дегеніміз не?

2.Тотыққан элементтер тотықсыздандырғыш ретінде болуы мүмкiн бе? Нелiктен?

3. Газтәрізді тотықсыздандырғыш ретінде не қолданылады?

Глоссарий:

1.Тотығу дәрежесі, тотығу саны – химиялық қосылысты тек иондардан тұрады деп қарастырғанда әр атомда болатын шартты зарядтың сан шамасы. Бұл ұғым молекуладағы атомдардың күйін сипаттау үшін қолданылады.

2.Қайтымды реакция – әрекеттесуші жүйеде қарама-қарсы екі бағытта өтетін, жылдамдықтары тең, химиялық тепе-теңдік күйдегі реакция.

Теориялық бөлiм

Газ тәрізді тотықсыздандырғыштармен тотықтарды тотықсыздандыру үшiн термодинамиялық шарттар газды фаза және металл тотығының оттегі потенциалдарының қатынасымен анықталады:

₍₁₎

Жүйенің потенциалдардың теңесуіне ұмтылуы есебінен оттегі тотық фазасынан газды фазаға өтедi. Газтәрізді тотықсыздандырғыш ретінде сутегі және сутегінің монооксиді кеңінен қолданылады. Сутегi және көмiртектiң монооксидтерiн газ сияқты қалпына келтiргiштер ретiнде өте кең қолданылады. Н₂ – Н₂О және СО – СО₂ газды қоспалардың потенциалдары температура мен осы қоспалардың құрамына байланысты.

Бірнеше тотығу дәрежесі бар металл тотықтарының тотықсыздануы рет-ретімен болады. Темір тотығының сутегімен тотықсыздануы 570°С-тан (843 К) жоғары температурада сәйкесінше реакциялармен жүреді:

570°С–тан жоғары температурада вюстит термодинамиялық тұрақсыз болғанда, Fe₃O₄ темірге дейін тотықсызданады:

(1) реакция қайтымсыз болып табылады. Қалған реакциялардың тепе-теңдiк константалары бiр түрге ие:

Әртүрлi реакциялар үшiн тепе-теңдiктiң тұрақтыларының сандық мәнi әр түрлi. Сондықтан әрбiр реакция температурамен өзгеретiн газды қоспасы құрамының белгiлi бiр мәнiмен мінезделеді.

1-суретте газды қоспалары бар темір тотықтарының тепе-теңдiк диаграммасы келтiрiлген. Диаграмма вюстит аймағындағы айнымалы құрамы бар ерiтiндiлерiнiң түзілісін есепке алады.

1-сурет. газды қоспалары бар темір тотығының тепе-теңдiк диаграммасы

2-сурет. газды қоспалары бар темір тотығының тепе-теңдiк диаграммасы

_{газды қоспалары бар темір тотығының тепе – теңдік константасының диаграммасы 1,2 – суретте келтірілген.}

_{Мысал 3.1. 1000 К температурада Н2 – Н2О газды қоспаның оттекті потенциалын есептеу және Сu2О, NiО, Fe3O4, FeO, MnO, SiO2 оттегі потенциалын анықтау. Есептеу нәтижелерінен график құру және Н2 – Н2О газды қоспаларының әр түрлі тотықтарының тотықсыздану шарттарын сараптау.}

_{Шешуі. Металл тотықтарының оттегі потенциалы, ерітінді түзілмеген және фазалық өзгеру болмаған жағдайда, О2 – ң 1 молінің қатысуымен тотықтың түзілісімен жүретін реакция үшін Гиббс энергиясының стандартты өзгерісіне тең:}

.

- дің температурадан тәуелділігі бойынша берілгендерді 1 – қосымшада берілген, О₂ – ң 1 молінің қатысуымен жүретін реакция үшін санаймыз:

;

20-сурет. Н₂ – Н₂О газды қоспалар оттекті потенциалының ондағы сутегі құрамынан тәуелділігі (_____) және әр түрлі тотықтар үшін оттегі потенциалы (- - - - -). Есеп 1000 К температура үшін.

1000 К температура жағдайындағы берілген тотықтар үшін (кДж/моль О₂) оттекті потенциалдардың келесі мәндерін аламыз:

Тотық..... Cu₂O NiO Fe₃O₄ FeO MnO SiO₂

-194, 4 -303,2 -380,5 -397,7 -662,9 -732,5

Әр түрлі құрамдар үшін Т=1000 К температурада Н₂ – Н₂О газды қоспалардың оттекті потенциалының мәнін теңдікпен шешеміз:

Есептеу нәтижелерінің графигінен (20 – сурет), тотықтың тотықсыздану шартына жауап беретін, тотық пен газды фазаның оттекті потенциалының қатынасы онша берік емес тотықтар (Cu₂O, NiO) үшін оңай орындалады.

Осы тотықтардың тотықсыздануы үшін Н₂ – Н₂О газды қоспадағы Н₂ үлкен емес құрамына ие болуы жетклікті. Орта берікті тотықтар үшін (Fe₃O₄, FeO) тотықсыздану шарты Н₂ – Н₂О газды қоспадағы Н₂ – ң құрамы жоғары болу керек.

Берік тотықтардың тотықсыздануы үшін айтарлықтай таза сутегіден тұратын газды қоспа болу керек. Тотықсыздану үрдісіндегі газды қоспадағы бұндай жоғары құрамды сутегіні ұстап тұру мүмкін емес, сондықтан берік тотықтар айтарлықтай сутегімен тотықсызданбайды.

Студенттің өзіндік жұмысқа арналған нұсқалар

№	Температура , К – де	№	Температура , К – де	№	Температура , К – де	№	Температура , К – де	№	Температура , К – де
1	1800	6	2200	11	2000	16	1900	21	2250
2	1900	7	2250	12	2100	17	1950	22	1500
3	1950	8	1800	13	2200	18	2000	23	2150
4	2000	9	1900	14	2250	19	2100	24	2210
5	2100	10	1950	15	1800	20	2200

Мәнжазба тақыптары:

1.Газтәрізді тотықсыздандырғышпен тотықсыздандыру.

Блиц – тест:

Әдебиеттер тізімі

1. Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.

2. Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов.

Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483

3. Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.

М: Металлургия, 1967, 279 с

4. Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.

Есептеуге қорытынды:

1.Металлдардың әр түрлi оксидтерi үшiн сутегiнi қалпына келтiрудi талдауды жасау.

2.Тәуелдiлiктiң графигi құрастыру

3.Қорытынды жасау.

Литература:

1. Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с

2. Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с

3. Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.

№ 8 практикалық жұмыс