7 Расчет степени диссоциации и растворимости газов

В зоне сварочной дуги находится газовая смесь из одноатомных, двухатомных и более сложных газов. Двухатомные и более сложные газы, нагретые до высоких температур, распадаются на более простые до одноатомного состояния. Этот процесс называется термической диссоциацией и оценивается степенью диссоциации α.

Проведем расчет степени диссоциации двухатомного газа водорода.

Наиболее простой способ определения степени диссоциации (по типу реакции

А₂ ↔2А) состоящих из одинаковых атомов, имеет вид:

, (7.1)

где - константа равновесия реакции диссоциации двухатомных газов.

Уравнение для определения в зависимости от температуры и парциальных давлений одноатомной и двухатомной газовой фазы:

(7.2)

отсюда находится .

Находим константу равновесия по формуле (7.2):

Тогда степень диссоциации вычисляется по формуле (7.1):

Процесс растворимости двухатомных газов описывается законом Сивертса:

(7.3)

где - растворенный в металле двухатомный газ, см³/100г;

К – константа Генри;

- парциальное давление молекулярного газа в газовой смеси над металлом, Па.

Процесс растворения одноатомных газов в металле определяется законом Генри:

(7.4)

где - парциальное давление атомарного газа в газовой смеси над металлом, Па.

Константа Генри для водорода определяется из формулы:

(7.5)

Для определения парциального давления атомарного водорода в зависимости от степени диссоциации при данной температуры используем закон Дальтона:

(7.6)

где р₀ =10⁵ – общее давление газовой смеси, принимаемое за единицу

(1 атм =10⁵ Па).

Парциальное давление молекулярного водорода в газовой смеси при диссоциации для данной температуры вычисляется по формуле:

(7.7)

Тогда двухатомный водорода, растворенный в металле, находится по формуле:

Атомарный растворенный водород вычисляется по формуле:

Пример расчета, производен только для одной температуры 1500 К. Результаты всех расчетов для водорода, представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1- Результаты расчетов

Т, К	lgKp	Kp	α	105, Па	105, Па
1500	-9,37	2,7*10-11	2,59*10-6	1	5,18*10-6	-0,0104	-
2000	-5,468	3,4*10-6	4,77*10-4	0,99	9,52*10-4	-0,0041	-0,040
2500	-3,14	7,4*10-4	0,0137	0,97	0,0269	0,0063	0,552
3000	-1,57	0,03	0,087	0,84	0,158	0,0182	9,954
3500	-0,45	0,35	0,282	0,56	0,442	0,0220	40,92
4000	0,38	2,41	0,611	0,24	0,76	0,0178	87,704
4500	1,03	10,8	0,731	0,156	0,841	0,166	111,72
5000	1,55	35,7	0,899	0,053	0,948	0,107	139,65