Оценка степени сродства элементов к кислороду по изменению изобарно-изотермного потенциала образования оксидов

О ХИМИЧЕСКОМ СРОДСТВЕ ЭЛЕМЕНТОВ К КИСЛОРОДУ

Реакции восстановления и окисления металлов являются составной частью металлургических процессов. Поэтому для изучения таких реакций нужно знать характеристики, оценивающие прочность связи металла с кислородом.

Изобарно-изотермный потенциал является функцией состояния.

G=H-T*S

Н - энтальпия; Т - термодинамическая температура; S - энтропия тела (системы);

и отражает общую движущую силу процесса, которая складывается из стремления системы к уменьшению энтальпии и возрастанию энтропии. Изменение энергии Гиббса(∆G) - мера химического сродства веществ, взятых в данных соотношениях, при данных условиях.

Рассчитав ∆Gпроцесса, можно сделать вывод о возможности протекания процесса в прямом направлении. Самопроизвольное течение процессов возможно при условии убыли в них изобарно-изотермного потенциала (энергии Гиббса), то есть ∆ G <0.

При наличии в системе газовой фазы кислорода направление протекания процессов определяется изменением изобарно-изотермного потенциала DG. На рис. 91 приведены кривые, построенные по результатам определения изобарно-изотермного потенциала образования некоторых оксидов в зависимости от температуры:

- если в данной реакции изобарный потенциал уменьшается, процесс самопроизвольно развивается в направлении окисления;

- если этот потенциал растет,— самопроизвольное окисление невозможно;

- наконец, значение изобарного потенциала, равное нулю, отвечает равновесному состоянию реакции.

Нетрудно видеть, что чем больше по своему значению убыль DG при образовании данного оксида, тем выше сродство элемента к кислородув этом оксиде.

Из графиков вытекает следующее:

1. В интервале 1000—3500 °К изобарно-изотермный потенциал образования оксидов с повышением температуры увеличивается, что говорит об уменьшении степени сродства элементов к кислороду с ростом температуры (окисление затормаживается). Исключение составляет реакция образования окиси углерода.

2. По убывающей силе сродства к кислороду при температуре 3500 °К рассмотренные элементы можно расположить в такой ряд: С; Ti; Al; Mn; Si; Fe; Ni.

Интересна зависимость от температуры сродства углерода к кислороду: при относительно низких температурах (1000 ºС), близких к началу затвердевания сталей, углерод как раскислитель смещается с первого на пятое место в указанном ряду, уступая в сродстве к кислороду алюминию, титану, кремнию и марганцу.

Дата добавления: 2015-06-26