Раскисление цирконием, гафнием и торием
Высокая стабильность окислов элементов IV В группы. Термодинамические характеристики химических реакций с кислородом и реакций растворения элементов в железе (с образованием 1 % раствора) для случая раскисления железа цирконием, гафнием и торием.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.12.2018 |
| Размер файла | 58,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Раскисление цирконием, гафнием и торием
Учитывая высокую стабильность окислов элементов IV В группы можно ожидать, что они являются и наиболее сильными раскислителями.
Учитывая приведенные в разделе "Справочник" термодинамические характеристики простейших химических реакций с кислородом и химических реакций растворения элементов в железе (с образованием 1 % раствора) для случая раскисления железа рассматриваемыми элементами (1), (2) и (3) получим температурные зависимости соответствующих констант равновесия (4), (5) и (6).
[Zr] + 2[O] = ZrO2; ДGТ°= -187195 + 55,81 Т кал/моль; (1)
[Hf] + 2[O] = HfO2; ДGТ° = -185790 + 53,37 Т кал/моль; (2)
[Th] + 2[O] = ThO2; ДGТ° = -207060 + 56,76 Т кал/моль; (3)
lg KZrO2 = -40916/T + 12,198 (4)
lg KHfO2= -40610/T + 12,102 (5)
lg KThO2 = -45259/T + 12,407 (6)
Параметры взаимодействия еRR не оцениваем, так как они будут существенно меньше параметров eOR (по данным [2], eZrZr = 0,018, еHfHF = 0,021.)
Тогда температурная зависимость молярного параметра взаимодействия eOR по выведенному в работе [1] уравнению (7) (подробнее об этом здесь) для Zr, Hf и Th будет описываются выражениями (8), (9) и (10).
lg(-еOR) = -0,43•{lgKуд - lg[O]нас - 2•m/n + m/n•lg(ArMe/ArR)} (7)
lg (-еOZr) = 6079/T - 0,971 (8)
lg (-еOHf) = 6014/7- 0,888 (9)
lg (-еOTh) = 7013/T - 0,929 (10)
По уравнению (11) получим соответствующие значения массовых параметров взаимодействия.
eij = 1/100•1/ln10·{еij•ArMe/Arj + (Arj - ArMe)/Arj} =
= 4,342·10-3·{еij•ArMe/Arj + (Arj - ArMe)/Arj} (11)
где Ar Me - атомная масса основного металла-растворителя, г/моль;
Arj - атомная масса основного добавки (раскислителя); компонентом i может быть третий компонент, например, кислород, азот, водород и пр.
В табл. 1 приведены молярные и массовые параметры взаимодействия при раскислении железа цирконием, гафнием и торием при 1873 К.
Таблица 1. Параметры взаимодействия при раскислении железа цирконием, гафнием и торием
|
Окислы |
-еOR |
-eOR |
-еOR [2] |
|
|
ZrO2 |
188 |
0,500 |
166,6 |
|
|
HfO2 |
210 |
0,285 |
208,2 |
|
|
ThO2 |
652 |
0,685 |
308,2 |
Температурная зависимость концентрации кислорода в железе в присутствии элемента R в общем случае имеет вид (12).
lg [O] = 1/n•lg KRmOn - m/n•lg [R] - (m/n•eRR + eOR) [R] -
- (m/n•eRO + eOO) (KRnOm/[R]m)1/n•+ 1/n•lg aRmOn (12)
Тогда зависимость равновесного содержания кислорода c Zr, Hf и Th будет описываться выражениями (13), (14) и (15).
lg [О] = -4,82 - Ѕ·lg [Zr] + 0,500 [Zr] + 4,56•10-5/[Zr]1/2 (13)
lg [О] = -4,79 - Ѕ·lg [Hf] + 0,285 [Hf] + 3,04•10-5/[Hf]1/2 (14)
lg [О] = -5,88 - Ѕ·lg [Th] + 0,680 [Th] + 1,23•10-5/[Th]1/2 (15)
Для расчета оптимальной концентрации рассматриваемых элементов, при которой обеспечивается минимальное содержание кислорода продифференцируем эти функции по [R]
?ln [O]/?[Zr] = -Ѕ/[Zr] + 0,500 - 2,28/[Zr]3/2 (16)
?ln [O]/?[Hf] = -Ѕ/[Hf] + 0,285 - 1,51/[Hf]3/2 (17)
?ln [O]/?[Th] = -Ѕ/[Th] + 0,680 - 0,62/[Th]3/2 (18)
Рассчитанные оптимальные концентрации раскислителей и минимальные содержания кислорода, приведенные в табл. 2.
Таблица 2. Оптимальные концентрации раскислителей и минимальные содержания кислорода
|
Раскислители |
Оптимальная концентрация |
Минимальные содержания кислорода, % |
||
|
% (по массе) |
% (ат.) |
|||
|
Zr |
0,43 |
0,264 |
0,000038 |
|
|
Hf |
0,76 |
0,240 |
0,000031 |
|
|
Th |
0,32 |
0,077 |
0,000004 |
Если принять параметры взаимодействия, приведенные в работе 3. Бужека [2], то оптимальные концентрации раскислителей и минимальные содержания кислорода в железе будут (табл. 3).
Таблица 3. Оптимальные концентрации раскислителей и минимальные содержания кислорода в железе, по данным [2]
|
Раскислители |
Оптимальная концентрация |
Минимальное содержание кислорода, % |
||
|
% (по массе) |
% (ат.) |
|||
|
Zr |
0,49 |
0,30 |
0,000035 |
|
|
Hf |
0,77 |
0,24 |
0,000031 |
|
|
Th |
0,54 |
0,13 |
0,000003 |
Сравнение результатов расчета по этим вариантам показывает, что оптимальные концентрации раскислителя различаются только для тория, а минимальные содержания кислорода при этом практически совпадают.
Двуокись циркония образует с закисью железа растворы. Растворимость ZrO2 в FeO при 1600 °С около 20 % [3], а растворимость FeO в ZrO2 около 5%. Отсюда грубо можно предположить, что активности FeO и ZrO2 на границе растворимости равны 0,80 и 0,95. Тогда вероятность появления жидкой фазы - закиси железа, насыщенной двуокисью циркония, будет возможна лишь при [Zr] = 4,3•10-9 %. Очевидно, что в этом случае окислы железа будут образовываться лишь при полном окислении циркония. Аналогичное положение и для окислов НfO2 и ТhO2.
На рис. 1 даны изотермы раскислительной способности циркония (1), гафния (2) и тория (3), рассчитанные по уравнениям (13), (14) и (15). Кривые 4 и 5 для гафния и циркония приведены по данным [2]. Из графика рис. 1 видно, что по уравнениям (13) и (14) раскислительные способности циркония и гафния практически совпадают. Результаты нашего расчета хорошо согласуются с данными [2]. Отличие заключается лишь в том, что, по З. Бужеку [2], раскислительная способность циркония несущественно выше раскислительной способности гафния.
Рис. 1. Изотермы кислорода в железе при 1600 °С при раскислении цирконием, гафнием и торием
Использованная литература
химический реакция раскисление железо
1. Куликов И.С. Раскисление металлов. М.: Металлургия, 1975. 504 с.
2. Buzek Zd., Macoszek M., Szlaver J. Hutnicke Listy. 1972. T. XXVIII. № 8. S. 547...557.
3. Levin E.M. Phase diagrams for ceramics. V. I, II. Am. Cer. Soc. Columus. 1969. 1226 p.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие и расчет скорости химических реакций, ее научное и практическое значение и применение. Формулировка закона действующих масс. Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Примеры реакций, протекающих в гомогенных и гетерогенных системах.
презентация [1,6 M], добавлен 30.04.2012Тепловые эффекты химических реакций, а также основные факторы, влияющие на их динамику. Закон Гесса: понятие и содержание, сферы практического применения. Энтропия системы и анализ уравнения Больцмана. Направления химических реакций и энергия Гиббса.
лекция [34,1 K], добавлен 13.02.2015Химическая реакция как превращение вещества, сопровождающееся изменением его состава и (или) строения. Признаки химических реакций и условия их протекания. Классификация химических реакций по различным признакам и формы их записи в виде уравнений.
реферат [68,7 K], добавлен 25.07.2010Понятие и условия прохождения химических реакций. Характеристика реакций соединения, разложения, замещения, обмена и их применение в промышленности. Окислительно-восстановительные реакции в основе металлургии, суть валентности, виды переэтерификации.
реферат [146,6 K], добавлен 27.01.2012Методы построения кинетических моделей гомогенных химических реакций. Исследование влияния температуры на выход продуктов и степень превращения. Рекомендации по условиям проведения реакций с целью получения максимального выхода целевых продуктов.
лабораторная работа [357,5 K], добавлен 19.12.2016Общее понятие о химической реакции, ее сущность, признаки и условия проведения. Структура химических уравнений, их особенности и отличия от математических уравнений. Классификация и виды химических реакций: соединения, разложения, обмена, замещения.
реферат [773,3 K], добавлен 25.07.2010Понятие и виды сложных реакций. Обратимые реакции различных порядков. Простейший случай двух параллельных необратимых реакций первого порядка. Механизм и стадии последовательных реакций. Особенности и скорость протекания цепных и сопряженных реакций.
лекция [143,1 K], добавлен 28.02.2009Основные условия процесса превращения одного или нескольких исходных веществ в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества. Протекание химических реакций при смешении или физическом контакте реагентов и участии катализаторов.
презентация [693,8 K], добавлен 08.08.2015Порядок и этапы проведения анализа четырех неизвестных растворов на основе характерных реакций. Определение роли и значения в организме химических элементов: натрия, бария, кальция, свинца, магния, хрома, марганца и ртути, характер влияния на человека.
практическая работа [105,3 K], добавлен 11.04.2012Термодинамика и кинетика сложных химических реакций. Фазовые превращения в двухкомпонентной системе "BaO-TiO2". Классификация химических реакций. Диаграммы состояния двухкомпонентных равновесных систем. Методы Вант Гоффа и подбора кинетического уравнения.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 19.05.2014Изучение физических и химических свойств хрома, вольфрама, молибдена. Оксид хрома, как самое устойчивое соединение хрома. Гидроксиды, соли кислородосодержащих кислот элементов шестой Б группы. Пероксиды, карбиды, нитриды, бориды элементов шестой Б группы.
лекция [4,5 M], добавлен 29.06.2011Понижение температуры замерзания раствора электролита. Нахождение изотонического коэффициента для раствора кислоты с определенной моляльной концентрацией. Определение энергии активации и времени, необходимого для химической реакции между двумя веществами.
курсовая работа [705,4 K], добавлен 26.10.2009Основные понятия и законы химической кинетики. Кинетическая классификация простых гомогенных химических реакций. Способы определения порядка реакции. Влияние температуры на скорость химических реакций. Сущность процесса катализа, сферы его использования.
реферат [48,6 K], добавлен 16.11.2009Понятие о химической кинетике. Взаимодействие кислорода с водородом. Механизмы химических реакций. Влияние температуры на скорость реакций. Понятие об активном комплексе. Влияние природы реагирующих веществ на скорость реакций. Закон действия масс.
реферат [237,9 K], добавлен 27.04.2016Понятия химической кинетики. Элементарный акт химического процесса. Законы, постулаты и принципы. Закон сохранения энергии. Принцип микроскопической обратимости, детального равновесия, независимости химических реакций. Закон (уравнение) Аррениуса.
реферат [74,3 K], добавлен 27.01.2009Методы построения кинетических моделей гомогенных химических реакций. Расчет изменения концентраций в ходе химической реакции. Сравнительный анализ численных методов Эйлера и Рунге-Кутта. Влияние температуры на выход продуктов и степень превращения.
контрольная работа [242,5 K], добавлен 12.05.2015Роль химии в развитии естественнонаучных знаний. Проблема вовлечения новых химических элементов в производство материалов. Пределы структурной органической химии. Ферменты в биохимии и биоорганической химии. Кинетика химических реакций, катализ.
учебное пособие [58,3 K], добавлен 11.11.2009Электронные структуры d-элементов и их валентные возможности. Кислотно-основные свойства гидроксидов. Характеристика элементов подгрупп меди, цинка, титана, ванадия, хрома, марганца, их биологическая роль и применение. Металлы семейств железа и платины.
курс лекций [294,4 K], добавлен 08.08.2015Рассмотрение превращения энергии (выделение, поглощение), тепловых эффектов, скорости протекания химических гомогенных и гетерогенных реакций. Определение зависимости скорости взаимодействия веществ (молекул, ионов) от их концентрации и температуры.
реферат [26,7 K], добавлен 27.02.2010Общая характеристика химических элементов IV группы таблицы Менделеева, их нахождение в природе и соединения с другими неметаллами. Получение германия, олова и свинца. Физико-химические свойства металлов подгруппы титана. Сферы применения циркония.
презентация [1,8 M], добавлен 23.04.2014
