курсач PbSe / курсач

Добавил:

Kvant Когда то был здесь Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"

Предмет:

Физико-химические основы технологии материалов электронной техники

Файл:

−11.026 + 25.933

−19.474 + 25.933

= 0.0374 =

= 0.0374 =

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.02.2026

Размер:

585.12 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 32 3 > Следующая >>>

Чтобы определить температуру кипения по графику необходимо линейно экстраполировать график до того, как логарифм константы станет равен нулю. Получившаяся точка: Tкип = 1/0.000494267 ≈ 2023 К. Сравним со справочным значением:

∆Ткип = | кип.расчет − кип.справ| = |2023 − 2016| = 7

=	∆ кип	100% =	7	100% ≈ 0.35%
=		100% =	2016	100% ≈ 0.35%
			2016
	кип.справ

Отличие меньше процента, хорошая точность.

3.2.Сублимация селена:

Вид реакции:		1
Вид реакции:
конд		2	2газ			1
Для этой части:	= √			,	=	1
Для этой части:	= √			,	=
			2газ			2	2газ

Расчёты для селена подобны части для свинца, разве что параметры газовой фазы берутся в 2 раза меньше. Опустим расчёты и занесём результаты в таблицу 6.

Таблица 6 – Параметры процесса сублимации селена

T, K	∆0, Дж			Дж	∆0, Дж		lnPSeравновес
		∆0	,
		∆0	,	К
				К
298	69 320	83.850			44 333	-17.893	-35.787
494	67 335	78.834			28 390	-6.912	-13.825
601	59 288	62.796			21 547	-4.312	-8.624
1000	54 264	56.386			-2 122	0.255	0.510
1354	49 808	52.571			-21 373	1.899	3.797

Строим зависимость логарифма константы равновесия от обратной температуры:

Рисунок 7 – Зависимость логарифма константы равновесия №3 от обратной температуры для сублимации селена

Для нахождения температуры плавления в этом случае нет необходимости в экстраполяции: Tкип = 1/0.001039 ≈ 962.6 К. Сравним со справочным значением.

∆Ткип = | кип.расчет − кип.справ| = |962.6 − 959| = 3.6

=	∆ кип	100% =	3.6	100% ≈ 0.375%
=		100% =	959	100% ≈ 0.375%
			959
	кип.справ

4. Построение P-T диаграмм

Для получения требуемого типа проводимости будем строить зависимость давления для каждого компонента реакции от температуры в координатах Аррениуса.

4.1.Границы области гомогенности (ГОГ):

ГОГ – линии трёхфазного равновесия. Эти линии ограничивают интересующую нас область.

4.1.1. Верхняя линия:

Ограничивает тип проводимости сверху. Для свинца – n-тип, для селена – p-тип.

На этой линии в равновесии находятся фазы: Pbконденс, Pbпар+Se2пар и PbSeтв

Берём значения ln(PPb,Se,равновес)			из пункта 3:
Пример расчёта для 298 К:
	= lg(exp(			)) = lg(exp(−65.479)) = −28.437
ГОГ		равновес
	= lg(exp(				)) = lg(exp(−35.787)) = −15.542
2ГОГ		2равновес
Таблица 7 – Значение на верхней линии ГОГ
T, K	298	494			601	1000	1354
lnPPbГОГPb	-65.479	-34.316			-25.933	-11.026	-5.262
lnPSe2ГОГSe	-35.787	-13.825			-8.624	0.510	3.797
lgPPbГОГPb	-28.437	-14.903			-11.263	-4.789	-2.285
lgPSe2ГОГSe	-15.542	-6.004			-3.746	0.222	1.649

4.1.2. Линия стехиометрии:

Стехиометрия – соответствие состава его хим. Формуле. В нашем случае PbSe => Отношение молей 1:1. Газ молекулы селена – двухатомный, значит при том же количестве веществе, оказываемое им давление будет в 2 раза меньше, чем у свинца.

На этой линии в равновесии находятся фазы: Pbпар, Se2пар и PbSeтв Для расчёта линии стехиометрии необходимо решить систему:

			(стех) = 2 S2(стех)
	ln (				1						) = ln

					1
					1
	{		Pb(стех) ∙ Se2					2(стех)
Решения в виде:
	lg(								3			−2ln
									3			−2ln
				) = lg (√2 3									)
	(стех)
										1		−2ln
	lg(	Se2(стех)			) = lg				(			3	)
	lg(				) = lg				(	3		3	)
										3
										√4
Пример решения для 298 К:
									2
lg(	)	= lg (√				2	−3 122.874) = −35.475
				3

(стех)

lg( Se2(стех)) = lg (31 −23 122.874) = −35.776 √4

Расчёты для других температур опустим и результат занесём в таблицу 8.

Таблица 8 – Десятичные логарифмы стехиометрических давлений компонент

T, K	298	494	601	1000	1354
lgPPbстех	-35.475	-18.659	-14.131	-5.850	-2.631
lgPSe2стех	-35.776	-18.959	-14.432	-6.151	-2.932

4.1.3. Нижняя линия:

Ограничивает тип проводимости снизу. Для свинца – p-тип, для n-тип.

На этой линии в равновесии находятся фазы: Seконденс, Pbпар+Se2пар Для этого снова воспользуемся ln(PPb,Se,равновес) из пункта 3:

Для свинца:

ln ( 2Se2(ГОГSe)) =

селена –

и PbSeтв

ln (	1	) = ln
	1

{(ГОГSe) ∙ 2Se2(ГОГSe)

Решение в виде:

lg (				) = lg (	−(ln		+ln	)	)
lg (	(ГОГSe		)	) = lg (					)
	(ГОГSe		)
	2
Для селена:
		ln ( Pb(ГОГPb)) =
ln (				1		) = ln

				1

{(ГОГ ) ∙ 2Se2(ГОГPb)

Решение:

lg( Se2(ГОГPb)) = lg ( −2(ln +ln ))

Пример расчёта для 298 К:

lg ( (ГОГSe2)) = lg ( −(−17.893+122.874)) = −45.592

lg( Se2(ГОГPb)) = lg ( −2(−65.478+122.874)) = −49.853

Значения для остальных температур занесём в таблицу 9

Таблица 9 – Значение на нижней линии ГОГ

T, K	298	494		601	1000	1354
lgPPbГОГSe	-45.592	-25.137		-19.474	-9.037	-4.922
lgPSe2ГОГPb	-49.853	-26.471		-20.169	-8.275	-3.625
			1

Соберём все полученные значения в одну таблицу:

Таблица 10 – Равновесные параметры области гомогенности

T, K	lgPPbГОГPb	lgPSe2ГОГSe	lgPPbстех	lgPSe2стех	lgPPbГОГSe	lgPSe2ГОГPb
298	-28.437	-15.542	-35.475	-35.776	-45.592	-49.853
494	-14.903	-6.004	-18.659	-18.959	-25.137	-26.471
601	-11.263	-3.746	-14.131	-14.432	-19.474	-20.169
1000	-4.789	0.222	-5.850	-6.151	-9.037	-8.275
1354	-2.285	1.649	-2.631	-2.932	-4.922	-3.625

По рассчитанным значениям логарифмов давлений построим P-T диаграммы для исследуемого соединения в координатах логарифмов давлений свинца и селена.

Рисунок 8 – P-T диаграмма PbSe в координатах lgPPb(1/T)

Рисунок 9 – P-T диаграмма PbSe в координатах lgPSe(1/T)

4.2.Диапазон изменения давлений:

Рассматриваем логарифм отношения давлений при Tраб = 1000 К:

lg ( гог ) = −9.037 − 0.222 = −9.259

2гог

lg ( гог ) = −4.789 − (−8.275) = 3.486

2гог

Отношение давлений паров, при рабочей температуре, имеет возможные значения в диапазоне:

10−9.259 < (		)раб < 103.486

	2

5. Определение парциальных давлений паров компонент и температуры нагревателей

В пункте 4 определён диапазон отношения возможных давлений паров. Необходимо выбрать диапазон с выбранной проводимостью: p-тип.


−9.259 < (										)раб < 2
−9.259 < (										)раб < 2

								2
Для определения парциальных давлений паров воспользуемся
натуральным логарифмом обратных реальных давлений из 2 пункта: 20
Для определения парциальных давлений необходимо решить систему:
(			1				)		= = 20

			1
						⁄
			∙ 2
	Pb			Se2				раб
				Se2				раб
lg (		Pb			)			= = −8
lg (					)			= = −8
{		Se2 раб
ln Pb +				1		∙ ln Se				= −20
ln Pb +						∙ ln Se			2	= −20
{			2						2
{			2
lg Pb − lg Se									= −8
								2

ln Pb ≈ −19.474 { ln Se2 ≈ −1.053

Pb раб = −19.474 ≈ 3,489 ∙ 10−9 атм

Se2 раб = −1.053 ≈ 3,489 ∙ 10−1атм

Температуры в отсеках мы найдём с помощью таблицы 5 из пункта 3: lnPPb=-19.474 – попадает на линейный участок, найдем производную:

Выражаем TPb:

28.9129= 0.03736 ≈ 773.899

Округлим до ближайшего числа кратного 10: TPb = 770 K

Таким же образом находим температуру отсека селена: TSe = 890 K

{ = 770= 930

Рисунок 10 – Распределение температуры в реакторе

6. Оценка возможности окисления свинца

Для реакции нежелательно взаимодействие паров металла с кислородом и образование оксида. Необходимо рассчитать Давление кислорода в реакторе, при котором образование оксида будет энергетически невыгодно.

Реакция окисления:
		1
	+				,		= √
		2
(конд)			2(газ)	(конд)				2газ
Чтобы определить		невыгодные условия				для образования, необходимо

рассчитать константу равновесия из термодинамических параметров, подобно

пункту 2.

Пример расчёта для 298 К:

∆ 0

= ∑ ∆ 0

= −1 ∙ ∆ 0

−

∙ ∆ 0

+ 1 ∙ ∆ 0

298( )

298( 2)

298( )

∆ 0

= −0 −

0 − 217.61 ∙ 103 = −217.61 кДж

298

∆ 0

= ∑ ∆ 0

= −1 ∙ ∆ 0

−

∙ ∆ 0

+ 1 ∙ ∆ 0

298( )

298( 2)

298( )

∆ 0

= −64.85 −

205.17 + 1 ∙ 68.70 = −98.735

Дж

298

∆ 2980 = ∆ 2980 − ∆ 2980

∆ 2980 = −217 610 + 298 ∙ 98.735 = −188 187 Дж

∆ 0	= ∑ ∆ 0	= −1 ∙ ∆ 0	−	1	∙ ∆ 0	+ 1 ∙ ∆ 0

		( )		2	( 2)	( )

∆ 0 = −(24.22 + 8.71 10−3) − 1 (29.37) + 45.77

= 6.865 − 8.71 10−3 Дж/

	∆ 0	= −

	−∆ 0		−188 187
=	298	= −		= 75.956

298			8.314 ∙ 298

Пример расчёта для 1000 К:

Свинец претерпевает фазовый переход при 601 К.

∆CP0′ = ∆CP0|T=TплPb = 6.865 − 601 8.71 10−3 = 1.63029 Дж

		ф.п.
∆ 0	= ∆ 0	+ ∫	∆ 0	− ∆ 0	+ ∫
	298	298		ф.п.	ф.п.
		298			ф.п.

∆ 0′

∆ 0

= −217 610 + 6.865(601 − 298) − 8.71 10−3

(6012 − 2982)

− 4770

1000

− 1.63029(1000 − 601) = −222 137 Дж

ф.п. ∆ 0

∆ 0′

∆ 0

= ∆ 0

+ ∫

− ∆ 0

+ ∫

298

ф.п.

∆ 0

= −98.735 + 6.865 ln (

601

) − 8.71 10−3 (601 − 298) − 7.95

1000

298

1000

Дж

− 1.63029 ln (

) = −105.338

601

∆ 0

= ∆ 0

− ∆ 0

= −222137 + 105.338 1000 = −116798 Дж

1000

−∆ 0

−116 799

298

= −

= 14.048

1000

8.314 ∙ 298

Таблица 11 – Термодинамические параметры процесса окисления

T, K

∆ 0, Дж

∆ 0

Дж

∆ 0, Дж

298

-217 610

-98.735

-188 187

75.956

601

-216 716

-96.558

-158 684

31.758

1000

-222 137

-105.338

-116 798

14.048

Условие реакции окисления:

ln (

)

< ln (

)

[8]

P0.5

реал

равн

Для избежания окисления можно откачать давление кислорода.

Минимальное давление, до которого возможно откачать: P

= 0.21 10−10 атм

О2

[8]

При атмосферных условиях: PО = 0.21 атм [8]

Для этих давлений кислорода:

= ln (

) = 12.29

(

)

PО0.5

(0.21 10−10)0.5

ln (

) = ln (

) = 0.78

0.5

(0.21)

<<< < Предыдущая 12 / 32 3 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке курсач PbSe

#
12.02.2026464.29 Кб0fxot.xmcd
#
12.02.2026585.12 Кб1курсач.pdf