++практикалық сабақтарға әдістемелік ұсынымдар


ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Қ. ЖҰБАНОВ АТЫНДАҒЫ АҚТӨБЕ ӨҢІРЛІК МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

КАФЕДРА МЕТАЛЛУРГИЯ және ТАУ-КЕН ІСІ
ФАКУЛЬТЕТ ТЕХНИКАЛЫҚ
MUT 2207 Металлургиялық үрдістер теориясы пәнінен
(код және пән атауы) 5В070900 - «Металлургия» мамандығының күндізгі оқу бөлімінің II курс
(шифр және мамандық атауы) студенттеріне арналған
ПРАКТИКАЛЫҚ САБАҚТАРҒА ӘДІСТЕМЕЛІК ҰСЫНЫМДАР МЕН НҰСҚАУЛАР
Ақтөбе, 2017 ж.
Орындаушы
оқытушы Тайжигитова М.М.
қызметі, бөлімі қолы аты-жөні
« » 2017 ж.
оқытушы Юсупова Ж.Н.
қызметі, бөлімі қолы аты-жөні
« » 2017 ж.
Кафедра отырысында талқыланды

Хаттама № « » 2017 ж.
Жауапты орындаушы
«Металлургия және тау –кен ісі» каф. меңг., доцент Жумагалиев Е.У.
қызметі, бөлімше қолы Т.А.Ә.
« » 2017 ж.
Алғы сөз

Металлургиялық үрдістер теориясы курсының негіздерін зерделеу 5В070900 - «Металлургия» мамандығы бойынша инженер және ғылыми кадрларды кешенді теориялық, практикалық және ғылыми зерттей дайындаудың негізгі элементі болып табылады.
Берілген жұмыс студенттердің практикалық жұмысының оқу – әдістемелік нұсқауының болып табылады. Практикалық жұмыстарды орындау үдерісінде студент термодинамикалық, кинетикалық және математикалық үлгілеудің заманауи әдістерімен практикалық танысуға мүмкіндік алады. Бұдан басқа әдебиетпен, стандарттармен өзіндік жұмыс жасаудағы дағды қатайып, кеңейеді, тәжірибелік зерттеудегі әдеттер, дағдылар пайда болады, оқып жатқан курс бойынша теориялық білімді баянды етіп, нақтылайды және зерттеу жұмысындағы, техникалық құжаттарды дайындаудағы, сызу мен есептеудегі әдеттерді дамытады.
Студенттер бақылау сұрақтарына және жұмысты орындар алдындағы сұрақтарға жауап беруге дайындық барысында, сонымен қатар өзара пікір алмасу және оқытушыдан кеңес алуда өз ойларын үйлесімді және дұрыс жеткізуге, орындалған жұмыстың нәтижесін түсіндіруге үйренеді. Жұмысты дайындау және орындау барысында студенттер тәжірибелік зерттеулерді дұрыс ұйымдастырудағы дағдыға ие болады, өлшеу әдістемесін меңгереді, тәжірибені орындауда қателіктерді таба білу және тәжірибе жүргізу аспаптарымен жұмыс істеуді, оларды тексеруді, қалпына келтіруді және пайдалануды үйренеді.
Әрбір практикалық жұмыстың әдістемелік нұсқауында берілген бақылау сұрақтары студенттің практикалық жұмысты орындауға дайындығының дәрежесін және жұмыстағы зерттелетін сұрақтарды түсіну тереңдігін көрсетеді. Бақылау сұрақтарының бір бөлігіне студент практикалық практикум материалынан нақты жауап таба алмайтындай етіп құралған. Студент оған жауапты оқылған материалдың себеп-салдар байланысын талдау әдістері арқылы терең түсініп өзі табуы тиіс.
Сонымен, берілген жұмыстың мақсаты мына дағдыларды қалыптастыру болып табылады:
оқу және анықтама әдебиеттер бойынша өз бетімен жұмыс істеуі;
зерттеу жұмысы;
зерттеу жұмыстарын сауатты аналитикалық және графикалық безендіру;
жұмыс нәтижелері бойынша қорытындыны тұжырымдау.
Металлургиялық үрдістер теориясы курсын зерделеуде студенттердің практикалық жұмысына арналған бұл әдістемелік нұсқау 15 академиялық сағатқа есептелген және 5В070900 - «Металлургия» мамандығы бойынша мамандарды дайындаудың оқу жоспарына сәйкес келеді.
Практикумдағы жұмыстың көлемі мен құрылымы зертханалық жұмыстың бір академиялық сағат ішінде толық орындалу мүмкіндігін қамтамасыз ететіндей таңдалған. Практикалық жұмыстың алдында келесі жұмысты орындауға қажетті барлық теориялық мәліметтерді беретін дәріс сабақтары болады.
Студент кезекті практикалық сабаққа осы пән бойынша барлық жұмысқа алдын ала дайындықпен келуі керек.
Студенттің практикалық жұмысқа арнаған жұмысшы дәптерінде келесідей мәліметтер болуы керек:
- Жұмыстың мақсаты.
- Негізгі заңдылықтар, есептеу формулалары келтірілген қысықаша теория.
- Бастапқы мәліметтер.
- Үдерістің сұлбасы (суреті) (қажет болса).
- Мәліметтерді енгізуге арналған кестелер.
- Бақылау сұрақтары.
№ 1 практикалық жұмыс
ЖОҒАРЫ ТЕМПЕРАТУРАДА ЖАНУ РЕАКЦИЯСЫНЫҢ ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ МІНЕЗДЕМЕЛЕРІ
Жұмыстың мақсаты: Реакцияның тепе – теңдік константасының температурадан тәуелділігін табу. Газды қорытпалардағы оттегінің тепе – теңдік парциалды қысымын анықтау
Жұмыстың жоспары: Газ қоспасындағы оттегінің тепе – тең парциалды қысымын анықтау. Есеп анықтамасының әдістемесін меңгеру үшін сутегі және иісті газ жануының екі реакциясына салыстырмалы талдау беру. Теңдік реакциясының жануының газдың қоспаларын көрелік парциялдық қысымдардың отегінің тәуелді температурадағы әр түрлі байланыстағы газдың қоспаларын қарастырайық. Екі химиялық реакцияның жануының парциялдық қысымының оттегісін «жеңіл» ағып өтуін анықтап, салыстыру.
Кілт сөздер: жылу эффектісі, Гиббс энергиясы, температура, еркін энергия.
Бақылау сұрақтары:
1. Реакцияның ТД-лық анализі үшін маңызды шама
2. Әр түрлі реакциялар үшін ∆G0 =f(T) байланысы қандай формуламен өрнектеледі?
3. Жылу эффектісі қалай белгіленеді?
4. ∆G0=М-NТ теңдігіндегі М мен N шамалары қалай анықталады?
5. Газ қоспасындағы оттегінің парциалды қысымы қалай анықталады?
Глоссарий:
Пирометаллургиялық үрдістер деп – газды, металдық және қожды (тотықты) фазалардың қатысуымен жүретін жоғары температура жағдайындағы күрделі үрдіс.
Қалдықсыз технология – металдарды тиімді алу және қндіріс қалдықтарының толық утилизациясы.
Диссоциация – күрделі заттардың (молекулалардың) қарапайым заттарға (атомдарға) ыдырауы.
Теориялық бөлім
Реакцияның термодинамикалық мінездемелеріне жылу эффектісі мен ∆G° мәні – сәйкесінше реакциялар еркін энергиясының стандартты өзгерісі жатады. Жоғары температура жағдайында ∆G° мәні -берілген реакция үшін Гиббс энергиясы мен еркін энергияның стандартты өзгерісі маңыздырақ. Әр түрлі реакциялар үшін ∆G° температурадан тәуелділігі мына формуламен өрнектеледі:
∆G°=М – N*Т. (1.1)
Әр түрлі реакциялар М және N мәндері 1 қосымшада келтірілген. Бұл коэффициценттер әр түрлі реакциялар тепе – теңдіктерінің эалпылама эксперименттік берілгендері негізінде анықталады. М және N мәндері (∆Н) жылу эффектілерінің орта мәндеріне жақын және сәйкесінше реакциялар үшін энтропия өзгерісі (∆S):
∆Н≈М ∆S≈ - N.
∆G° мәндері жоғары температура жағдайындағы реакция өнімдерінің беріктілігі мен әсерлесуші заттардың химиялық туыстығын бағалау үшін қолданылады, сонымен қатар сәйкесінше реакциялардың тепе – теңдік константасының мәнін есептеуде қолданылады. Ол үшін мынадай түрдегі байланыс қолданылады:
∆G°= - RТ ln Кр. (1.2)
R=8,3192 Дж/(моль*К) болғандықтан
∆G°= - 8,3192 Т ln Кр. (1.3)
Ондық логарифмге ауысқанда алатынымыз:
∆G°= -19,155 ТlgКр (1.4)
Жоғары температура жағдайында тепе – теңдік константасының мәнін есептеу үшін, термодинамикалық мәндер анықтамасында немесе қосымшаларда берілген ∆G°Т температуралық байланыс теңдігі қолданылады. Егер анықтама кестесінде бізге керекті реакция болмаса, онда ∆G° сәйкес мәнін басқа реакцияларды біріктіру жолымен табады. ∆G° мен ∆Н° мәндері қосылғыштық мәндеріне ие, химиялық реакциялардың өзінен алгебралық іс –әрекеттер жүргізуге болады.
Мысал. 1600°С температура жағдайында және =РН2О /РН2=γ=0,25 қатынастағы бірдей мәндер кездегі СО – СО2 және Н2 – Н2О газдар қоспасындағы оттегінің тепе – теңдік парциалды қысымын анықтау.
Шығарылуы. Сутегі мен көміртегі тотықтары жану реакциясының тепе – теңдігін қарастырамыз:
2СО+О2=2СО2;2Н2+О2=2Н2О.Осы реакциялар үшін температуралар функциялары сияқты ∆G° мәні теңдіктермен өрнектеледі:
∆G10=-566307+175,47Т;
∆G20=-493038+108,40Т.
Осы реакциялар үшін тепе – теңдік константасының температурадан тәуелділігін табамыз:
lgКр1=lgРСО22РСО2*РО2= - ∆G1019.155Т=29564Т-9,16;lgКр2=lgPН2О2РН22*РО2=25739Т-5,66.Берілген температура бойынша тепе – теңдік константасы мынадай түрге ие:
Кр1=4,22∙106;Кр2=1,21∙108.Осы өрнектен СО мен Н жану реакцияларының тепе – теңдік константасы үшін газды қоспаларындағы оттегінің тепе – теңдік парциалды қысымын табамыз:
;


Сонымен, газды қоспалардың бірдей құрамы болған жағдайда, Н2 – Н2О газды қоспаларының тепе – теңдік қысымы СО – СО2 қарағанда аз. Бұл жоғары температуралар аймағында сутегінің оттегіге химиялық туыстығының жоғарлығымен түсіндіріледі.
Өзіндік жұмысқа арналған нұсқалар
Нұсқау номері γ t0 C
1 0.10 1600
2 0.15 1500
3 0.20 1400
4 0.25 1300
5 0.30 1200
6 0.35 1100
7 0.40 1000
8 0.45 900
9 0.10 1000
10 0.15 1100
11 0.20 1200
12 0.25 1200
13 0.30 1300
14 0.40 1400
15 0.45 1500
16 0.50 1600
17 0.10 1550
18 0.15 1450
19 0.20 1350
20 0.25 1450
21 0.30 1250
22 0.40 1150
23 0.45 1050
24 0.50 1000
25 0.25 1250
Мәнжазба тақырыптары:
1.Жоғары температуралы газды фазаның өасиеттері мен құрамы
Блиц – тест:
Газды, металдық және қожды (тотықты) фазалардың қатысуымен жүретін жоғары температура жағдайындағы күрделі үрдіс
Пирометаллургиялық үрдіс
Гидрометаллургиялық үрдіс
Қышқылсыздандыру үрдісі
Үрлеу үрдісі
Кесектеу
Металдарды тиімді алу және қндіріс қалдықтарының толық утилизациясы
Пирометаллургиялық үрдіс
Гидрометаллургиялық үрдіс
Қышқылсыздандыру үрдісі
Үрлеу үрдісі
E.Қалдықсыз технология
3.Күрделі заттардың (молекулалардың) қарапайым заттарға (атомдарға) ыдырауы
Пирометаллургиялық үрдіс
Гидрометаллургиялық үрдіс
Қышқылсыздандыру үрдісі
Диссоциация
Қалдықсыз технология
Металлургиялық үрдістер теориясының өз бетіне ғылыми пән ретінде негізін салған академик
В.И.Явойский,
А.Н.Морозов,
Н.М.Чуйко,
С.И.Попель
А.А.Байков
Байков «Металлургиялық үрдістер теориясы» курсты алғаш рет қай жылы енгізді?
1939 ж.
1940 ж.
1908ж.
1920 ж.
1921 ж.

Әдебиеттер тізімі
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967 – 279 сКазачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Симбинова К.Ж., Байсанов С.О., Никитин Г.Н. Физико-химия металлургических систем и процессов. Алматы 1993 г.
Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Исследование вязкости жидкостей и оксидных расплавов. Актобе 2005 год
Термодинамика и кинетика процессов диссоциации карбонатов и оксидов: лабораторный практикум. Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Актобе 2005
Симбинова К.Ж. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ. Алма-Ата, 1990, 75 с№ 2 практикалық жұмыс
ЖОҒАРЫ ТЕМПЕРАТУРАДАҒЫ ГАЗДАР ДИССОЦИАЦИЯСЫ

Жұмыстың мақсаты: Сутегі диссоциациясының атомдарға ыдырау реакциясының тепе – теңдік константасының температурадан тәуелділігін анықтау. Сутегіні қыздырғандағы газды қорытпалардың құрамы мен диссоциация дәрежесін анықтау
Жұмыстың жоспары:
Теориялық бөлім
Есептеу мысалы
Өз бетімен шығаруға арналған нұсқалар
Кілт сөздер: газды фаза, температура, диссоциация, молекулалар саны, диссоциация дәрежесі.
Бақылау сұрақтары:
Егер пен берілгені болса, ыдырау дәрежесін қалай есептеуге болады?
Температура мен қысым ұлғайған сайын жалпы газдың жүйесінде, ыдырау дәрежесі қалай болады?
Глоссарий:
Химиялық кинетика деп - түрлі физико-механикалық үрдістердің жылдамдығы мен механизмі туралы оқу.
Гомогендер деп бастапқы заттармен әрекеттесу өнімдері бір фазада болатын (газ немесе сұйық ) және де молекулалар, атомдар, иондар алынған барлық көлемде әсерлесетін химиялық реакцияларды айтады.
Диффузия деп ерітінді немесе балқыма көлемінде концентрациясының біркелкі таралуына әкелетін ерітілген зат концентрациясының өздігінен теңесу үрдісін атайды.
Диссоциация дәрежесі – иондарға ыдыраған молекулалар үлесі.
Теориялық бөлім
Жоғары температура жағдайында газ фазасында термиялық диссоциация үрдісінде күрделі молекулалар, атомдар және иондар жай түрге ауысады. Жоғары температура жағдайында газ фазасындағы күрделі молекулалар диссоциациясы ыдыраған молекулалар санының диссоциацияға дейін молекулалар санына қатынасына тең диссоциация дәрежесімен (α) бағаланады:
(1.5)
Жоғары температура жағдайында газ фазасындағы диссоциация дәрежесін анықтау үшін диссоциация реакциясының тепе– теңдік константасын температура функциясы ретінде қабылдау қажет, сонымен қатар қыздырғандағы газ қоспасында жүретін үрдістің осы немесе басқа моделін қабылдау қажет.
Мысал: 1.2. Сутегіні жоғары температураға дейін қыздырғанда мына реакция арқылы молекуланың атомдарға біртіндеп ыдырауы жүреді:

Р=105 Па тұрақты қысым жағдайында, 2000 мен 3000 К температураларға дейін сутегіні қыздырғанда газды қоспаның құрамы мен диссоциация дәрежесін анықтау керек.
Шешуі. Газды фазаның бастапқы күйінде Н2 – ң n молі бар делік. Жоғары температураға дейін қыздырғанда молекулалық сутегі ыдырайды. Диссоцация дәрежесін α арқылы белгілейміз. Сонда молекулалық сутегінің α*n молі атомдық сутегі пайда болғанша ыдырайды. Н – ң 2 αn молі мен Н2 – ң (n - αn) молінен тұратын қоспа пайда болады, дегенмен Н2 – ң 1 молі Н – нің екі молін береді.
Н2 мен Н – ның қоспадағы жалпы мольдері мынаған тең:


Қоспадағы әрбір компоненттің мольдік үлесі құрайды:


Сутегі диссоциация реакциясының тепе – теңдік константасын қоспа компоненттерінің мольдік үлесі арқылы өрнектейміз:

Осы теңдіктен диссоциация дәрежесін анықтаймыз:


(1.6)
Жоғары температура жағдайында газды фазаның құрамын диссоциация дәрежесі арқылы өрнектелетін

Сутегінің атомдарға ыдырау реакциясы тепе – теңдік константасының температурадан тәуелділігін осы реакция үшін ∆G° температурадан тәуелділігі арқылы табамыз (1- қосымша).

2000 К температура үшін табамыз:
lgКр2000=-5,469;Кр2000=3,396∙10-6;α2000=3,396∙10-64∙105105+3,396∙10-6=9,21∙10-4;NH2=1-α1+α=1-9.2∙10-41+9.2∙10-4=0.998;%Н2=99,8%;NH=2α1+α=29.2∙10-41+9.2∙10-4=0.002;%Н=0,2%.Сәйкесінше 3000 К температурада табамыз:
lgKp3000=-1,568; Кр3000=0,0270α3000=0,0819NH2=0,849;%Н2=84,9%;NH=0,151;%H=15,1.Өзіндік жұмысқа арналған нұсқалар
№ Температура , К - де
1 1800 2000 2500
2 1900 2200 2700
3 1950 2400 2800
4 2000 2500 2900
5 2100 2000 3000
6 2200 2200 2500
7 2250 2400 2700
8 1800 2500 2800
9 1900 2000 2900
10 1950 2200 3000
11 2000 2400 2500
12 2100 2500 2700
13 2200 2000 2500
14 2250 2200 2700
15 1800 2400 2800
16 1900 2500 2900
17 1950 2000 3000
18 2000 2200 2500
19 2100 2400 2700
20 2200 2500 2900
21 2250 2400 3000
Мәнжазба тақырыптары:
1.Жоғары температуралы атмосферарның жалпы сипаттамасы.
Блиц – тест:
Түрлі физико-механикалық үрдістердің жылдамдығы мен механизмі туралы оқу:
Гомогендер
Химиялық кинетика
Диффузия
Диссоциация дәрежесі
Диссоциация
2. Бастапқы заттармен әрекеттесу өнімдері бір фазада болатын (газ немесе сұйық) және де молекулалар, атомдар, иондар алынған барлық көлемде әсерлесетін химиялық реакцияларды айтады.
Гомогендер
Химиялық кинетика
Диффузия
Диссоциация дәрежесі
Диссоциация
Диссоциация дәрежесі:
A.
B. Kp = 4α21-α2
C. Kp(1-α2)=4α2
D.
E.
4. Иондарға ыдыраған молекулалар үлесі:
Гомогендер
Химиялық кинетика
Диффузия
D.Диссоциация дәрежесі
Диссоциация
Ерітінді немесе балқыма көлемінде концентрациясының біркелкі таралуына әкелетін ерітілген зат концентрациясының өздігінен теңесу үрдісі:
Гомогендер
Химиялық кинетика
Диффузия
Диссоциация дәрежесі
Диссоциация
Әдебиеттер тізімі
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967 – 279 с
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Симбинова К.Ж., Байсанов С.О., Никитин Г.Н. Физико-химия металлургических систем и процессов. Алматы 1993 г.
Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Исследование вязкости жидкостей и оксидных расплавов. Актобе 2005 год
Термодинамика и кинетика процессов диссоциации карбонатов и оксидов: лабораторный практикум. Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Актобе 2005
Симбинова К.Ж. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ. Алма-Ата, 1990, 75 с.
№ 3 практикалық жұмыс
МЕТАЛЛ – МЕТАЛЛ ТОТЫҒЫ ЖҮЙЕСІНДЕГІ ОТТЕГІНІҢ ТЕПЕ – ТЕҢДІК ҚЫСЫМЫ
Жұмыстың мақсаты: Анықтама мәліметтерін, эмпирикалық формулаларды пайдалана отырып берілген температуралар үшін оттегі диссоциациясының серпімділігін анықтау
Жұмыстың жоспары:
Теориялық бөлім
Есептеу мысалы
Өз бетімен шығаруға арналған нұсқалар
Кілт сөздер: тепе – теңдік константасы, температура, термодинамикалық сараптама.
Бақылау сұрақтары:
1. Осы немесе басқа да химиялық реакциялар өтуінің термодинамикалық сараптамасы қолданылуының негізгі мақсаты қандай?
2. Осы немесе басқа да элементтің химиялық туыстығын изобара – ихотермиялық потенциал арқылы болжауға бола ма?
3. Гиббс энергиясы қосылыстың термодинамикалық тұрақтылығының көрсеткіші бола ала ма?
4. Берілген бағыттағы берілген шарт бойынша реакцияның ағу мүмкіндігін Гиббс энергиясы арқылы өрнектеуге бола ма?
Глоссарий:
Тотық – металдың оттегімен қосылысы.
Қышқылсыздандыру – бұл еріген оттегіні кремниймен, алюминиймен, ферроқорытпалармен жою.
Гиббс энергиясы – химиялық реакция өтуінің бағытын көрсетіп сипаттайды.
Тепе – теңдік константасы – берілген температурада өнім мен
Қож – тотықтардың қорытпасы.
Теориялық бөлім
Металл – металл тотығы жүйесіндегі оттегінің тепе – теңдік қысымының мәні тотықтар беріктігінің сапалы мінездемелері мен олардың түзілу және ыдырау шарттарын бағалауға мүмкіндік береді. Металл мен тотық ерітінді түзбеген, таза, өзіндік заттар ретінде жүйеде, екі валентті металл тотығының пайда болу реакциясы үшін:
2Ме+О2 =2МеО; Кр=1/(РО2)МеО. (2.7)
Оттегінің тепе – теңдік қысымын (РО2)МеО тотық диссоциациясының серпімділігі деп атайды. Бұл шама берілген тотықтың беріктілігінің сандық сипаттамасы боп табылады. Газды фазадағы оттегі қымысы рО2оттегінің тепе – теңдік қысымынан (РО2)МеО жоғары болған жағдайда металдың тотығуына жағдай туады. Егер газды фазадағы оттегі қысымы тепе – теңдіктен төмен болса, металл тотықпайды. Сондықтан металл – металл тотығы жүйесіндегі металл оттегісінің тепе – теңдік қысымының мәні, металды оның тотығуынсыз қыздыруға болатын қорғаушы атмосфера деп аталатын құрамды таңдағанда маңызды.
(РО2)МеО жуықталған есебінен энтропиялық әдіс деп аталатын әдіс қолданылады. (РО2)МеО шамасы тотық түзу реакциясы үшін Гиббс энергиясының стандартты өзгерісі мәнінен табылады:
∆GMeO=-19,155TlgKp=19,155Tlg(PO2)MeO∆G0=∆H0-T∆S0lg⁡(PO2)MeO=∆GMeO019,155T=∆H019,155T-∆S019,155. (2.8)
Әдістің мазмұны, ∆H0 мен ∆S0 температурадан, басқа да жоғары температурадан тәуелділігінің мәнін ∆Н2980 пен ∆S2980 мәндеріне тең деп қабылдайтындығында.
∆Н2980 пен ∆S2980 - тің стандартты кестелі мәндерін қолдана отырып, ∆H0 мен ∆S0 – ң мәндерін табады:
∆Н0=2(∆Н2980)МеО-2(∆Н2980)Ме-(∆Н2980)О2.
Қарапайым заттардың түзілу жылуы ∆Н2980=0 болғандықтан, екі соңғы қосылғыш нольге тең, нәтижесінде мынаны аламыз:
∆Н0=2(∆Н2980)МеО. (2.9)
Энтропияның өзгерісі үшін:
∆S0=2(S2980)MeO-2(S2980)Me-(S2980)O2. (2.10)
∆H0 мен ∆S0 мәндерін (2.8) теңдігіне қойып, (РО2)МеО=f(T) температурадан тәуелділігін табамыз.
Әдіс (РО2)МеО жуықталған мәндерін табады, сондықтан ∆H0 мен ∆S0 –ке температураның әсері есептелмейді.
Қазіргі кезде металл – тотық – газды фаза жүйесіндегі тепе – теңдікті эксперименттік меңгеру жөнінен өте көп материалдар жиналған. Әр түрлі тотықтар үшін осы материалдарды жалпыландыру эмпирикалық формуланың келесі түрін қолдана отырып (РО2)МеО мәнінің есебін жүргізуге мүмкіндік береді:
lg⁡(PO2)MeO=AT+B. (2.11)
А және В коэффициенттерін тәжірибелік берілгендер нәтижесінің есептік шамаларының берілген температуралар интервалында ең жақсы сәйкестікті қамтамасыз ететіндей қылып таңдайды. (2.11) теңдігінен А және В коэффициенттерін анықтау үшін, 1-қосымшада көрсетілген M және N коэффициенттерімен тотық түзілу реакциясы үшін ∆G0 –дің температурадан тәуелділік теңдігін қолдануға болады:
2MeO+O2=2MeO∆GT0=∆HT0-T∆ST0; ∆HT0=M; ∆ST0=-N;lg⁡(PO2)MeO=∆G019,155T=M19,155T+N19,155T. (2.12)
А=М/19,155; В=N/19,155.
Сондықтан 1-қосымшадағы М мен N коэффицинттерінің мәні 1 моль тотық түзілу реакциясы үшін беріледі, оларды О2 – ң 1 мольге қайта есептеу қажет.
Мысал 2.4. Анықтама кестесін (1, 2, 3 қосымшалар), эмпирикалық формулаларды пайдалана отырып, 800, 900, 1000 және 1100 К температуралар үшін Cu2O тотық диссоциациясының серпімділігін анықтау.
Шешуі. 4Cu+O2=2Cu2O берілген тотық түзу реакциясы үшін ∆H0 мен ∆S0 мәндерін табамыз:
∆Н0=2(∆Н2980)Сu2O∆S0=2(S2980)Cu2O-4(S2980)Cu-(S2980)O2.Осы теңдіктерге кестеден (2, 3- қосымша) алынған ∆Н2980 мен S2980 мәнін қоямыз:
∆Н0=-173290=-346580 Дж;∆S0=2∙92,99-4∙33,2-205,2=-152,02ДжК.Алынған мәндерді (11.8) қоямыз:
lg⁡(PO2)Cu2O=∆H019,155∙T-∆S019,255=-34658019,155T--152,0219,155=-18093T+7,936.Берілген температуралар үшін диссоциация серпімділігінің келесі мәндерін аламыз:
Т, К...............................800 900 1000 1100
lg⁡(PO2)Cu2O………-14,68………..-12,17………-10,16……..-8,51 (PO2)Cu2O∙105 Па.....2,09∙10-10...6,80∙10-8….6,97∙10-6…..3,07∙10-4Есеп үшін эмпирикалық формулаларды пайдаланып (2.10) теңдігіндегі А және В коэффициенттерін табу қажет. Cu2О түзілу реакциясы үшін 1-қосымшадан табатынымыз:
2CuT+12O2=Cu2OT∆G10=-168519+71,30T.Есептегі 1 моль О2 –ге Cu2O түзілу реакциясы үшін:
4Cu+O2=2Cu2O
∆G20=∆H20-T∆S20.мен (2) реакцияларын қойығаннан кейін алатынымыз:
∆G20=2∆G10,сондықтан ∆Н20=2-168519=337038 Дж/моль;
∆S20=2-71,30=-142,6 Дж/К∙моль.(PO2)Cu2O үшін температуралық тәуелділік мынадай түрге ие болады:
lg⁡(PO2)Cu2O=-33703819,155T--142,619,155=-17595T+7,444.Берілген температураларға арналған осы теңдік үшін (PO2)Cu2O мәндері төменде келтірілген:
Т, К...............................800 900 1000 1100
lg⁡(PO2)Cu2O………-14,68………..-12,17………-10,16……..-8,51 (PO2)Cu2O∙105 Па.....2,82∙10-10...7,83∙10-8….7,06∙10-6…..2,81∙10-4Екі әдісте де есептеу нәтижелерінде айтарлықтай айырмашылық жоқ.
Өзіндік жұмысқа арналған нұсқалар

№ Температура интервалы
Т, К № Температура интервалы
Т, К № Температура интервалы
Т, К
1 Т1Т2Т3 Т1Т2Т3 Т1Т2Т3
2 700 1200 2000 9 800 1200 2100 16 900 1700 2150
3 800 1500 2100 10 900 1500 2000 17 800 900 2100
4 700 1000 2150 11 900 1700 2100 18 900 1200 2000
5 800 1300 2100 12 800 1600 2150 19 900 1400 2100
6 700 1000 2000 13 800 1000 2100 20 800 1000 2150
7 800 1200 2100 14 900 1100 2000 21 900 1800 2100
8 900 1400 2150 15 700 1300 2100 22 700 1000 2000
23 800 1600 2100
Мәнжазба тақырыптары:
1.Газтәрізді реагенттердің оттегімен байланысының термодинамикалық байланыстары.
Блиц – тест:
№ 4 практикалық жұмыс
МЕТАЛЛ ТОТЫҚТАРЫ ТҮЗІЛГЕНДЕГІ БОС ЭНЕРГИЯНЫҢ ҚАЛЫПТЫ ӨЗГЕРІСІ
Жұмыстың мақсаты: Оттегі түзу реакциясы үшін ∆G0 температурадан тәуелділігін диаграммалар көмегімен анықтау. Fe-FeO и Cr-Cr2O3 жүйе үшін металл – тотық жүйесіндегі оттегінің тепе – теңдік қысымының мәнін, осы шарттар жағдайында диаграмма бойынша FeO и Cr2O3 мәндерін анықтау.
Жұмыстың жоспары:
Теориялық бөлім
Есептеу мысалы
Өз бетімен шығаруға арналған нұсқалар

Кілт сөздер: металл – тотық жүйесі, реакция, температура, диаграмма, темір, темір тотығы.
Бақылау сұрақтары:
1.Металл тотығының беріктігі неге байланысты?
2. Газды фазаның оттекті потенциалы неге тең?
3.Тотықтардың термодинамикалық сипаттамасы?
Глоссарий:
Тепе-теңдік константасы- әрекеттесуші заттар табиғатынан, температурадан тәуелді, концентрациядан, активтіліктен, қысымнан тәуелсіз.
Парциалдық қысым- газды қоспа қысымының сол қоспаға кіретін бір ғана түрбөлшегі тудыратын бөлігі. Оның мөлшері тек қана осы түрбөлшек бүкіл көлемді игерген жағдайда туындайтын қысым мөлшеріне тең болып шығады.
Теориялық бөлім
Металл тотықтары беріктілігінің кеңінен қолданылатын сипаттамаларының бірі 2Ме+О2=2МеО тотық түзілу реакциясы бойынша ∆G0 Гиббс энергиясының стандартты өзгерісі болып табылады.
Металл мен тотық таза фаза болып табылатын және ерітінді түзбеген кездегі шарты үшін ∆G0 қарапайым қатынаспен өрнектелетін жүйедегі оттегінің тепе – теңдік қысымымен байланысты
∆G0=-RTlnKp=-RTln1(PO2)MeO=RTln(PO2)MeO. (11.13)
Металл тотығы неғұрлым берік болса, соғұрлым (PO2)MeO шамасы кіші және соғұрлым оның түзілу реакциясының ∆G0- ң кері мәні үлкен болады. Әр түрлі тотықтар түзілу реакциясы үшін ∆G0- дің мәнін қолдана отырып, олардың әр түрлі температурада беріктілігін салыстыруға болады.
∆G0 шамасы сонымен қатар теңдіктің энтальпия мен энтропиясы өзгерісімен де байланысты
∆GT0=∆HT0-T∆ST0. (11.14)
∆HT0 мен ∆ST0 реакция нәтижесінде жүйенің жалпы жылу сыйымдылығының (∆ср) өзгерісіне сәйкес температурамен қоса өзгергендіктен, ∆GT0 шамасы температураның функциясы ретінде теңдікпен есептеледі
∆GT0=∆H2980+293T∆cpdT-T∆S2980-T298T∆cpTdT. (11.15)
Бұл теңдік 298 – Т температуралар интервалында фазалық ауысулардың жоқ жағдайына әділетті. Егер осы температуралар интервалында реакцияға қатысып отырған қандай да бір зат фазалық ауысуға ұшыраса, онда оны фазалық ауысу кездегі энтальпия мен энтропияның өзгерісімен байланысты қосымша мүшелерді енгізу арқылы ескеру қажет. (∆ср) шамасы металл тотығының түзілу реакциясы үшін әдетте үлкен емес болғандықтан, ∆G0- дің температурадан тек жеңіл қисық сызықты тәуелді. Ол жиі эмпирикалық теңдеумен өрнектеледі
∆G0=A+BTlgT+CT, (11.16)
мұндағы А, В және С тұрақтылары 300, 700 және 1200 К температуралар жағдайындағы эксперименттік берілгендермен дәл сәйкес келуін қамтамасыз ететіндей таңдалады.
∆G0 мәнін табатын көптеген тепе–теңдік константалары 1200°С температурадан жоғары облыстары үшін, кем дегенде ±5% дәлдікпен орнатылатынын атап айту керек. Егер әр түрлі зерттеушілердің қорытындыларына назар аударсақ, онда ∆G0-ді анықтау қателігі ±10-15% құрайды. Сондықтан, ∆GT0-ді жиі температураның сызықтық функциясы ретінде қарауға болады
∆GT0=∆H0-T∆S0, (11.17)
мұндағы, ∆H0 мен ∆S0 температуралар диапазонындағы ∆H0 мен ∆S0 - ң теңдікте қолданылатын орта мәндері болып табылады.
Оңай немесе күрделі есептеулерден алынған ∆GT0 - ң мәндеріндегі айырмашылық әдетте үлкен емес.
∆H0 мен ∆S0 және ∆H0 мен ∆S0арасындағы айырмашылық (11.16) мен (11.17) теңдіктерінен алынған ∆GT0 - ң мәндеріндегі айырмашылыққа қарағанда анағұрлым үлкен.
Тотықтардың термодинамикалық қасиеттерінің ыңғайлы сипаттамасы, әсіресе күрделі тотықты жүйе үшін, тотықтың оттекті потенциалының шамасы болып табылады. Ол π0(МеО) белгіленіп, металдық және тотықты фазада тепе – тең болатын газды фазаның оттекті потенциалына тең:
π0(МеО)=π0(г.ф.)=RTln(PO2)MeO. (11.18)
Тотықтың оттекті потенциалы тотық түзу реакциясы үшін еркін энергияның стандартты өзгерісіне сандық тең болып келеді, бұл осы сипаттамаларды ∆G0- дің масштабында бір графикке сыйдыруға мүмкіндік береді.
Металл тотықтарымен бірге жүретін әр түрлі үрдістердің сараптамасы үшін әр түрлі металдардың тотықтарының түзілу реакциясы үшін ∆G0 мәні температурамен қалай өзгеретіндігін бір диаграммада көрсету мүмкіндігі пайдалы (9-сурет).
Әр түрлі тотықтар үшін ∆G0 – дің температурамен өзгерісін мінездейтін сызықтар, тотық пен металдың қайнау немесе балқу нүктелеріндегі көлбеудің өзгерісіне ие.
∆G0 көлбеу сызығының өзгерісі кезіндегі фазалық өзгерулердің температурасы металдар үшін осы сызықта белгіленген: балқу – П, қайнау – К, сублимация – С. Тотықтардың фазалық өзгерулерінің сәйкесінше белгіленулері рамкаға алынған.
Түзу сызықтардың көлбеуі ∆S0 – мәніне сәйкес, ординатадағы температура сызығының абсолютті нольмен қиылысуы ∆Н0 мәнін береді.
Диаграмманы пайдаланып (9-сурет) әр түрлі тотықтардың беріктілігін оңай салыстыруға болады: диаграммада ∆G0 үшін сызық төмен орналасса, берілген тотық мықты боп келеді. Диаграммадан берілген оттегінің парциалды қысымымен газды фазаның таза металының тотығу шартын анықтауға болады. Ол үшін диаграммадағы «0» нүктесін берілген температурада тотық түзу реакциясы үшін ∆G0 сызығындағы нүктемен қосады. Оттегінің сәйкесінше тепе – теңдік қысымын осы түзудің жалғасуында табамыз (диаграммадағы РО2 шкаласы бойынша).
Тотық түзу реакциясы ∆G0-ң температурадан тәуелділік диаграммасымен СО/СО2 немесе Н2/Н2О берілген қатынаспен СО/СО2 немесе Н2/Н2О газды қоспалары бар таза металдың тотығуының шартын анықтауға болады. 9-суреттегі қосымша шкаладағы СО/СО2 немесе Н2/Н2О сәйкес мәндерін ординатадағы температураның нольдік мәнінің С мен Н нүктелерімен қосса, газды қоспалардың оттекті потенциалдарының температурамен өзгеріс сызығын табамыз. Әрі қарай сәйкес тотықтардың оттекті потенциалдары мен газды қоспалардың оттекті потенциалдары мәндерін қоямыз. Берілген металл тотығының оттекті потенциалына қарағанда газды фазаның оттекті потенциалы жоғары болған жағдайда, газды фаза металға шаққанда (по отношению металлу) тотыққан болып табылады.
πо(г.ф.)>πо(МеО)Мысал. Тотық түзу реакциясы үшін ∆G0 температурадан тәуелділік диаграммасы көмегімен металл –тотық жүйесінде Fe – FeO және Cr – Cr2O3 жүйесі үшін 1200 К температурасында оттекті қысымдар мәнін анықтау қажет. Осы шарттар үшін диаграмманы пайдалана отырып FeO және Cr2O3 оттекті потенциалдар мәнін анықтау.
Шешуі. 10 – суретте 1 моль О2 есебі үшін FeO және Cr2O3 тотықтар түзу реакциялары үшін ∆G0 температурадан тәуелділік диаграммасы көрсетілген. Біртекті сызықтарда берілген тотықтардың түзілу реакциялары үшін ∆G0 мәндерін сипаттайтын фазалық өзгерулердің – тотықтың балқуының температураларына жауап беретін (төрт бұрышты рамкадағы П әрпі) және металдың балқуының (рамкасыз П әрпі) нүктелер енгізілген. Осы сызықтарда 1200 К берілген температураға сәйкес а және b нүктелері бар. «0» нүктесінен а және b нүктелері арқылы сызық және ол РО2 шкаласын қиғанша жүргіземіз. РО2 шкаласымен қиылған нүктелер металл – тотық жүйесіндегі оттегінің тепе теңдік қысымына сәйкес келеді. Fe – FeO жүйесі үшін оттегінің тепе – теңдік қысымы шамамен 5∙10-11 Па. Cr – Cr2O3 жүйесі үшін оттегінің тепе – теңдік қысымы шамамен 10-19 Па. Тотықтар түзу реакциялары үшін ∆G0 температурадан тәуелділік сызығындағы а және b нүктелері жүйеде ерітінді түзілмеген жағдайда FeO және Cr2O3 тотықтардың оттекті потенциалдары мәніне сәйкес келеді. 10 – суреттен көрініп тұрғандай қарастырылып отырған тотықтардың оттекті потенциалдары 1200 К температурада тең:
πо(FeO)=-380кДжмоль О2; πо(Cr2O3)=-556кДжмоль О2.
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 тақырыптары:
Күрделі газды атмосфералар термодинамикасы
Блиц – тест:
Әдебиеттер тізімі
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 с4.Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
5.Симбинова К.Ж., Байсанов С.О., Никитин Г.Н. Физико-химия металлургических систем и процессов. Алматы 1993 г.
6.Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Исследование вязкости жидкостей и оксидных расплавов. Актобе 2005 год
7.Термодинамика и кинетика процессов диссоциации карбонатов и оксидов: лабораторный практикум. Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Актобе 2005
8.Симбинова К.Ж. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ. Алма-Ата, 1990, 75 с.
№ 5 практикалық жұмыс
ЕРІТІНДІЛЕР ТҮЗІЛІСІНІҢ ТОТЫҚТАРДЫҢ БЕРІКТІГІНЕ ӘСЕРІ
Жұмыстың мақсаты: FeO белсенділік мәні үшін температура жағдайында жүйедегі оттегінің тепе – теңдік қысымын анықтау
Жұмыстың жоспары:
Теориялық бөлім
Есептеу мысалы
Өз бетімен шығаруға арналған нұсқалар
Кілт сөздер: газды фаза, оттегі, металл тотығы, термодинамикалық беріктік, жүйе.
Бақылау сұрақтары:
Металдың оксидiнiң оттек потенциалы деген не және қандай факторлар оның шамаларына ықпал етедi?
Металл оксидi және газды фазаның оттек потенциалдарының байланыстарының неткен күйiнделер соңғы металға қарағанда тотықтырғыш сипаты болады?
Оттек потенциалы және металлдың оксидiнiң термодинамикалық берiктiгiне ерiтiндiге металл оксидiнiң өткелi қалай ықпал етедi?
Глоссарий:
Тотық – металдың оттегімен қосылысы.
Гиббс-Гельмгольц теңдеуі - химиялық реакцияның жылулық эффектісі және тұрақты температурадағы оның максимал пайдалы жұмысы арасындағы байланысты тағайындайтын химиялық термодинамиканың негізгі қатынастарының бірі.
Теориялық бөлім
Ме – МеО жүйесінде ерітінділер өзгерген жағдайда тотық сипаттамасының беріктігі де өзгереді. Егер, металл фазасында металл ерітінді, ал тотық фазасында- тотық ерітінді түзсе, онда тотық түзілу реакциясының теңдеуі мынадай түрге ие (екі валентті металл үшін):
2[Ме] + О2 =2(МеО). (11.26)
Ерітіндідегі әсерлесуші заттар белсенділіктері арқылы өрнектелген реакция үшін тепе – теңдік константасы мынадай түрге ие болады:
Кр =а2(МеО)/а2[Ме](РО2)МеО (11.27)
Бұл өрнектен келесі шығады:
(РО2)МеО=1Кр∙а(МеО)2а[Ме]2. (11.28)
Осылайша тотық белсенділігінің төмендеуі кезінде (ерітіндідегі концентрациясының төмендеуі) (РО2)МеО шамасы төмендейді, яғни тотықтың термодинамикалық беріктігі ұлғаяды, ол анағұрлым берік болады.
Металдың еруі оның ерітіндегі белсенділігінің төмендеуіне алып келеді. а[Ме] төмендуі (РО2)МеО шамасын жоғарылатады, яғни тотықтың термодинамикалық беріктігінің төмендеуіне әкеледі. Тотықтардың термодинамикалық беріктігіне ерітінділер түзілісі әсерінің есептері үшін тотықтың оттегі потенциалы мәнін табу ыңғайлы. Жалпы алғанда:
(11.29)
(11.28) өрнегін (РО2)МеО үшін есепке ала отырып алатынымыз:
π0(МеО)=-RTlnKp+2RTlna(MeO)-2RTlnaMe. (11.30)
-RTlnKp =∆GMeO0 болғандықтан, яғни (11.30) теңдігіндегі бірінші қосылғыш тотық түзетін реакция үшін Гиббс энергиясының стандартты өзгерісіне тең болады, алатын қорытындымыз
π0(МеО)=∆GMeO0+2RTlna(MeO)-2RTlnaMe. (11.31)
Әр түрлі валенттілігі бар металл тотықтарының түзілуі үшін, О2 – ң бір моль есебінде МехОу тотығының түзілу реакциясы мына түрде жазылады:
mMe +O2=nMexOy (11.32)
мұндағы стехиометриялық коэфициенттері m мен n тең:
m=2х/у және n=2/у.
Онда МехОу жалпы түрдегі тотықтың оттекті потенциалы үшін (11.31) теңдігі мынадай түрге ие болады:
π0(МеО)=∆GМехОу0+2уRTlna(МехОу)-2хуRTlnaMe. (11.33)
Мысал 2.10. Вюститтің түзілу реакциясының стандартты шарттары үшін
Feсұй.+1/2O2=FеОсұй.Гиббс энергиясының өзгерісі тең
∆GFeO0=-239987+49.57T (Дж/моль).
FeO - ң белсенділік мәндері 1,0; 0,5; 0,2; 0,05 үшін, 1923 К температура жағдайындағы жүйедегі оттегінің тепе – теңдік қысымын анықтау.
FeO - ң көрсетілген белсенділік мәндері үшін 1850 – 2150 К температура интервалында FeO – ң оттегі потенциалының мәнін анықтау.
Шешуі. Тотықты (қожды) фазада FeO түзілген ерітіндісі үшін FeO – ң түзілу реакциясының тепе – теңдік константасы мынадай түрге ие
Кр=аFeOaFePO2FeO1/2.Оттегінің темірдегі еруі аз болғандықтан, металдық фаза өзінше таза темірді білдіреді. Сондықтан аFe=1 деп қабылдауға болады. Онда жүйедегі оттегінің тепе – теңдік қысым тең болады:
(PO2)FeO=a(FeO)/Kp2.
∆G0 – ң температудан тәуелділігінің теңдігінен FeO – ң түзілу реакциясы үшін Кр – ң температурадан тәуелділігін табамыз:
lgKp=-∆GFeO019.155T=-239987+49.57T19.155T=12529T-2.588.Берілген 1923 К температура үшін Кр және РО2 мәндерін табамыз:
lgKp(1923)=125291923-2.588=3.927Kp(1923)=8459; РО2=а(FeO)/84592.
PO2FeO, 1=aFeOKp2=1,084592=1,3975∙10-8 Па; lgPO2FeO, 1=-7,8546PO2FeO,2=aFeOKp2=0,584592=0,3493∙10-8 Па; lgPO2FeO, 2=-8,4568PO2FeO,3=aFeOKp2=0,284592=0,0556∙10-8 Па; lgPO2FeO, 3=-9,2549PO2FeO,4=aFeOKp2=0,0584592=0,0035∙10-8 Па; lgPO2FeO, 4=-10,455lgPO2FeO=f(aFeO) тәуелділік графигін тұрғызамыз (14 - сурет).
Есептеу қорытындылары 14 – суретте көрсетілген, бұдан шығатыны, оттекті фазада FeO – ң белсенділігінің төмендеуімен металл – тотық жүйесінде оттегінің тепе – теңдік қысымы төмендейді, бұл FeO – ң ерітіндіге өткен кездегі оның беріктілігінің жоғарлауы мен оның ерітіндідегі белсенділігінің төмедеуін білдіреді.
lefttop14 – сурет. Т =1923 К жағдайында Fe-FeO жүйесіндегі оттегінің тепе – теңдік қысымының FeO – ң белсенділігінен тәуелділігі
Тапсырманың шарты үшін FeO – ң оттегі потенциалының мәнін табайық. Есепті біздің жағдайымызда аFe=1 үшін (11.31) теңдігін қолданамыз
π0(FeO)=∆GFeO0+2∙19.155lga(FeO).∆GFe0 шамасы О2 – ң 1 моль есебінде FeO – ң түзілу реакциясы үшін Гиббс энергиясының стандартты өзгерісін білдіреді. Сондықтан Feсұй.+1/2O2=FеОсұй. реакциясы үшін G0 мәнін екі еселеу қажет:
∆GFeO0=2-239987+49.57T=-479974+99.14T (Дж/моль О2).
π0(FeO) есебі үшін формула мынаған ие болады
π0(FeO)=-479974+99,14Е+38,31∙Т∙lga(FeO).
FeO – ң берілген белсенді мәндері мен 1850 және 1250 температуралар үшін FeO – ң оттекті потенциалы есебін теңдікке π0(FeO) үшін FeO – ң сәйкесінше белсенді мәндері мен температураны қойып шығарамыз.
πFeO1850;a=1,0=38,31∙1850∙lg1,0-479974+99,14∙1850==-296565,0 [Дж/моль∙O2];πFeO1950;a=1,0=38,31∙1950∙lg1,0-479974+99,14∙1950==-286651,0 [Дж/моль∙O2];
πFeO2050;a=1,0=38,31∙2050∙lg1,0-479974+99,14∙2050==-276737,0[Дж/моль∙O2];
πFeO2150;a=1,0=38,31∙2150∙lg1,0-479974+99,14∙2150==-266823,0 [Дж/моль∙O2];
Темір тотығының белсенділігі 0,5-ке тең болғанда:
πFeO1850;a=0,5=38,31∙1850∙lg0,5-479974+99,14∙1850==- 317900,0494[Дж/моль∙O2];πFeO1950;a=0,5=38,31∙1950∙lg0,5-479974+99,14∙1950==-309139,2953 [Дж/моль∙O2];
πFeO2050;a=0,5=38,31∙2050∙lg0,5-479974+99,14∙2050==-300378,5412 [Дж/моль∙O2];
πFeO2150;a=0,5=38,31∙2150∙lg0,5-479974+99,14∙2150==-291617,7871 [Дж/моль∙O2];
Темір тотығының белсенділігі 0,2-ге тең болғанда:
πFeO1850;a=0,2=38,31∙1850∙lg0,2-479974+99,14∙1850==- 346103,4506[Дж/моль∙O2];πFeO1950;a=0,2=38,31∙1950∙lg0,2-479974+99,14∙1950==-338867,2047 [Дж/моль∙O2];
πFeO2050;a=0,2=38,31∙2050∙lg0,2-479974+99,14∙2050==-331630,9588 [Дж/моль∙O2];
πFeO2150;a=0,2=38,31∙2150∙lg0,2-479974+99,14∙2150==-324394,7129 [Дж/моль∙O2];
Темір тотығының белсенділігі 0,05-ке тең болғанда:
πFeO1850;a=0,05=38,31∙1850∙lg0,05-479974+99,14∙1850==- 388773,5494[Дж/моль∙O2];πFeO1950;a=0,05=38,31∙1950∙lg0,05-479974+99,14∙1950==-383843,7953 [Дж/моль∙O2];
πFeO2050;a=0,05=38,31∙2050∙lg0,05-479974+99,14∙2050==-378914,0412 [Дж/моль∙O2];
πFeO2150;a=0,05=38,31∙2150∙lg0,05-479974+99,14∙2150==-373984,2871 [Дж/моль∙O2];
πFeO=f(T) тәуелділік графигін тұрғызамыз

15 – сурет. Оттекті фазадағы FeO – ң әр түрлі белсенділіктері үшін π0(FeO)оттекті потенциалының температурадан тәуелділігі
Есеп нәтижелері 15 – суретте көрсетілген, одан температура жоғарылаған сайын FeO – ң оттекті потенциалының ұлғайғандығы көрінеді. Оттекті фазада FeO – ң белсенділігі төмендеген жағдайда сол баяғы бір температурада оттекті потенциал төмендейді. Бұл FeO – ң ерітіндіге көшкен кездегі оның беріктілігінің ұлғайғандығы мен оттекті фазадағы белсенділігінің төмендеуінің дәлелі.
Өзіндік жұмысқа арналған нұсқалар
1-кестеде сұйық металдардың тотығу реакциялары берілген. Әрбір температура үшін оттегінің тепе-тең қысымының және оттекті потенциалдардың мәнін металл тотықтарының белсенділігіне байланысты анықтау. Есептеудің нәтижелеріне сәйкесlgPO2MeO=f(aMeO) және πMeO=f(T) графиктерін тұрғызу. Қорытынды жасау.
1-кесте

№ Реакция,
∆GMeO0Температура, K aMeOt1t2t3t4a1a2a3a41 2Biж+3/2O2=Bi2O3 ж∆GBi2O3 0=-592348+295,71T550 700 850 1000 1,0 0,70 0,50 0,12
2 600 720 800 1100 1,0 0,75 0,40 0,10
3 560 750 900 1050 1,0 0,80 0,35 0,09
4 540 740 860 1080 1,0 0,72 0,45 0,10
5 2Cuж+1/2O2=Cu2O ж∆GCu2O0=-146605+50,41T1500 1800 2100 2500 1,0 0,75 0,52 0,12
6 1550 1900 2400 2800 1,0 0,75 0,40 0,10
7 1600 2000 2500 2750 1,0 0,84 0,35 0,09
8 1520 1950 2450 2820 1,0 0,72 0,45 0,12
9 1650 1870 2350 2700 1,0 0,62 0,54 0,12
10 2Crж+1/2O2=CrO ж∆GCrO0=-334442+63,85T1940 2000 2150 2220 1,0 0,75 0,40 0,10
11 1945 2100 2200 2300 1,0 0,80 0,35 0,09
12 1970 2050 2150 2300 1,0 0,68 0,31 0,05
13 1960 2050 2150 2250 1,0 0,70 0,50 0,12
14 1950 2160 2260 2360 1,0 0,75 0,40 0,10
15 2Vж+5/2O2=V2O5 ж∆GV2O5 0=-1464417+325,31T950 1300 1600 2180 1,0 0,62 0,54 0,12
16 1000 1250 1650 2150 1,0 0,75 0,40 0,10
17 1020 1450 1700 2100 1,0 0,80 0,35 0,09
18 1050 1240 1680 2120 1,0 0,72 0,45 0,10
19 1080 1380 1540 2100 1,0 0,65 0,55 0,15
20 2Sbж+3/2O2=Sb2O 3ж∆GSb2O 30=-653559+216,96T950 1200 1400 1700 1,0 0,62 0,54 0,12
21 980 1300 1420 1680 1,0 0,75 0,40 0,10
22 990 1240 1380 1600 1,0 0,80 0,35 0,09
23 1000 1190 1430 1650 1,0 0,68 0,31 0,05
24 970 1220 1440 1690 1,0 0,70 0,50 0,12
25 Pbж+1/2O2=PbO ж∆GPbO0=-184931+69,08T1160 1290 1490 1765 1,0 0,80 0,35 0,09
26 1200 1270 1430 1750 1,0 0,72 0,45 0,10
27 1170 1300 1550 1730 1,0 0,70 0,50 0,12
28 1190 1250 1450 1740 1,0 0,75 0,40 0,10
Мәнжазба тақырыптары:
1.Қосылыстардың химиялық беріктігі
Блиц – тест:
Әдебиеттер:
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967, 279 с
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Симбинова К.Ж., Байсанов С.О., Никитин Г.Н. Физико-химия металлургических систем и процессов. Алматы 1993 г.
Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Исследование вязкости жидкостей и оксидных расплавов. Актобе 2005 год
Термодинамика и кинетика процессов диссоциации карбонатов и оксидов: лабораторный практикум. Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Актобе 2005
Симбинова К.Ж. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ. Алма-Ата, 1990, 75 с.
№ 6 практикалық жұмыс
МЕТАЛЛ ТОТЫҚТАРЫНЫҢ ТОТЫҚСЫЗДАНУ ҮРДІСІ
Жұмыстың мақсаты: Сәйкес кенді материалдар үшін шикізаттар термиялығының тізбектеп есептеу, тотықтардың металлотермиялық түзілу кезіндегі бөлінетін жылу мөлшерін анықтау.
Жұмыстың жоспары:
Теориялық бөлім
Есептеу мысалы
Өз бетімен шығаруға арналған нұсқалар
Кілт сөздер: тотықсыздану, тотықсыздандырғыш; тотық; Гиббс энергиясы; тепе-теңдік тұрақтысы.
Бақылау сұрақтары:
Металлургиялық өндірісте тотықсызданудың қанша үдерістері бар?
Шикіқұрамның термиялығы дегеніміз не?
Алюминийтермиялық кездегі реакция?
Глоссарий:
Тотықсыздану – тотықтан тотықсыздандырғыш арқылы оттегіні алып, металл түзу үдерісі.
Карботермиялық тотықсыздануда тотықсыздандырғыш ретінде көміртегі қолданылады.
Силикотермиялық тотықсыздандыру кезінде тотықсыздандырғыш ретінде кремний қолданылады.
Алюмотермиялық үдеріс кезінде тотықсыздандырғыш ретінде металлургиялық зауыттарда арнайы балқытылатын алюминийді пайдаланады.
Шикіқұрамның термиялығы Металлтермиялық үдерісте жылу бөлінудің сипаттамасы болып әсерлесуші қоспаның бір бірлік массасына бөлінетін жылу мөлшері.
Теориялық бөлім
Металлургиялық өндірісте тотықсыздану үдерістері металл мен қорытпаларды алу кезінде маңызды роль атқарады [1-3].
Тотықсыздану – тотықтан тотықсыздандырғыш арқылы оттегіні алып, металл түзу үдерісі. Қара металлургияда, соның ішінде ферроқорытпалар өндірісінде тотықсыздану үдерістері екі түрге – карботермиялық және металтермиялық тотықсыздану болып бөлінеді.
Карботермиялық тотықсыздануда тотықсыздандырғыш ретінде көміртегі қолданылады. Әрине, шикіқұрам материалдарының құрамында көміртегі таза күйінде берілмейді, ол құрамында қатты көміртегісі бар кокс, жартылай кокс, антрацит және көмір секілді материалдар түрінде беріледі. Карботермиялық тотықсыздандыру кезінде тотықсыздандандырғыш көміртегі монототығы секілді газ тәріздес болуы мүмкін. Кейбір реакцияларды мысалға алайық:
CuO+C=Cu+CO MoO2+2C=Mo+2COSiO2+2C=Si+2COV2O5+5C=2V+5COMn2O3+CO=2MnO+CO2Fe2O3+CO=2FeO+CO2Металлтермиялық үдерісті негізінен силикотермиялық және алюмотермиялық тотықсыздану деп екіге бөледі.
Силикотермиялық тотықсыздандыру кезінде тотықсыздандырғыш ретінде кремний қолданылады. Кремний таза күйінде емес, ферроқорытпалар түрінде, мысалы, ферросиликохром (темірден, хром және кремнийден тұратын қорытпа), ферросилиций (темір мен кремнийден) және т.с.с.түрінде беріледі. Барлық қорытпаларды оларды әрі қарай қайта өңдеу үшін арнайы балқытып шығарады.
Алюмотермиялық үдеріс кезінде тотықсыздандырғыш ретінде металлургиялық зауыттарда арнайы балқытылатын алюминийді пайдаланады.
3TiO2+4Al=3Ti+2Al2O3WO3+2Al=W+Al2O3B2O3+2Al=2B+Al2O32MoO3+3Si=2Mo+3SiO22Cr2O3+3Si=4Cr+3SiO22V2O5+5Si=4V+5SiO2Металлтермиялық үдерістер жылуды бөле жүреді. Осы жылудың әсерінен әсерлесетін жүйенің температурасы едәуір жоғарылайды. Бұл реакцияның жылдамырақ жүруін және сұйық темірде реакция өнімдерін тезірек алуға ықпал етеді [4]. Сондықтан металлтермиялық тотықсыздандыру (силикотермия және алюмотермия) ферроқорытпаларды пештен тыс балқытқанда кеңінен қолданылады.
Металлтермиялық үдерістің сырттан қыздырмай дамуы тек бөлініп шыққан жылудың мөлшері әсерлесетін жүйенің жоғары температурасын алуға жеткілікті болған кезде ғана мүмкін. Металлтермиялық үдерісте жылу бөлінудің сипаттамасы болып әсерлесуші қоспаның бір бірлік массасына бөлінетін жылу мөлшері табылады. Бұл сипаттама шикіқұрамның термиялылығы деп аталады және әдетте келесі өрнектен анықталады:
qMexOy=-∆HMexOy0M, [Дж/г](1)
мұндағы, ∆HMexOy0 – металлтермиялық тотықсызданудың жылу эффектісінің стандартты мәні; M– стехиометриялық қатынаста алынған бастапқы заттардың молекулалық немесе атомдық массалары.
Алюмотермиялық тотықсыздану кезіндегі мысал реакцияны қарастырамыз:
3yMexOy+2Al=3xyMe+Al2O3Бұл реакциядағы стехиометриялық коэффициенттерді ескергенде бастапқы молекулалық немесе атомдық массалардың қосындысы тең:
M=3yMr(MexOy)+2Ar(Al)
Алюмотермиялық тотықсыздану реакциясы бойынша түзілудің стандартты жылулық эффектісін анықтау үшін ∆H2980 стандартты жағдайлардағы бастапқы реагенттер мен өнімдердің энтальпиясының анықтамалық мәліметтерін стехиометриялық коэффициенттерді ескере қолданған жөн:
∆HMexOy0=(∆H298, Al2O30+3xy∆H298,Me0)-(2∆H298,Al0+3y∆H298,MexOy0)Сонымен, металлтермиялық тотықсыздану кезіндегі шикіқұрамның термиялылығын (жылу бөліну) анықтау үшін кен мен концентраттың химиялық құрамын білу керек.
Мысалы, егер химиялық құрамы мен массаның берілген мөлшері белгілі болса, берілген материалдың термиялылығы (Дж/г) мен металлтермиялық тотықсыздану кезінде бөлінетін жылудың теориялық мөлшерін (Дж) анықтауға болады.
QMexOy=qMexOy∙mруды∙(%, MexOy)100 [Дж](2)
Мысал 3.4. MnO2, Mn3O4 және MnO марганец тотықтарының алюминтермиялық тотықсыздануы кезіндегі шихтаның термиялығын анықтау.
Шешуі. 1 моль оттегі есебіндегі марганецтің әр түрлі тотықтармен алюминтермиялық тотықсызданудағы реакциясын жазайық:
MnO2+43Al=Mn+23Al2O3 12Mn3O4+43Al=32Mn+23Al2O3 2MnO+43Al=2Mn+23Al2O3Тотықтар түзілуінің стандартты жылуы (3 қосымша) арқылы қарастырылып отырған реакция үшін жылу эффектісінің стандартты мәндерін табамыз:
(∆Н298°)1=23(∆Н298°)Al2O3-(∆H298°)MnO2=23-1676,8--521,84=-596 кДж;
(∆Н298°)2=23(∆Н298°)Al2O3-(∆H298°)Mn3O4=23-1676,8-12(-1388,55)=-423,6 кДж;
(∆H298°)3=23(∆H298°)Al2O3-2(∆H298°)MnO=23-1676,8-2-385,35=-347,2кДж.
– (3) реакциялары үшін бастапқы заттардың атомдық және молекулалық массаларының суммасын табамыз:
(M)1=MMnO2+43MAl=54,94+2∙16+43∙26,98=122,9;
(M)2=12MMn3O4+43MAl=123∙54,94+4∙16+4326,98=150,4;
(M)3=2MMnO+43MAl=254,94+16+43∙26,98=177,85.
g=-∆H298°/M формуласы арқылы әрбір реакция үшін шихтаның термиялығын анықтаймыз:
g1=--596000122.9=4850Джг;g2=--423600150,4=2816Джг;g3=--347200177,85=1952Джг.Есептеу нәтижелері көрсеткендей, металлтермиялық үрдістің қалыпты дамуы шихта құрамына Mn3O4 тотығын пайдаланғанда ғана болады. MnO2-ң пайдалануы алюминийтермиялық үрдістегі көп қалдықтардың бөлінуі мен марганецтің ұшып кетуіне әкеп соғады. MnO-ң алюминиймен тотықсыздану реакциясы қажетті жылуды бөлуге әкелмейді және қосымша іс – әрекеттер (жеңілтұтанатын тотықтарды шихтаға енгізу, сыртқы қыздыру) әрі қарай жақсы нәтиже көрсетпейді.
Марганецті кендерде әдетте марганец MnO2 түрінде болады. Сондықтан алюминийтермиялық үрдістер үшін осындай кендер MnO2-ні Mn3O4-ке айналдыру үшін 1000 - 1100° градуста күйдіруге ұшырайды.
Өз бетімен шығаруға арналған нұсқалар
1-кестеде кен мен концентраттардың химиялық құрамдары берілген. Реакцияның жылулық эффектілерінің стандартты мәндерін қолданып, шикіқұрамның термиялығын анықтау керек. 2-кестеден металтермиялық тотықсыздануы жүретін тотықтарды таңдау керек.
2-кесте
№ Бастапқы материал Масса, гр үдеріс Тотықсызданатын тотықтар
1 Хром кені (Рай-Из) 250 силикотермия Cr2O3FeOFe2O32 Хромкенді шекемтастар 300 алюмотермия Cr2O3FeO–
3 Ванадий концентраты 350 силикотермия V2O5NiOCr2O34 Титан концентраты (Сатпаев) 400 алюмотермия TiO2V2O5ZrO25 Никель кені 450 силикотермия FeONiO–
6 Хром кені (Кемпірсай) 550 алюмотермия Cr2O3FeO–
7 Хромкенді брикет 650 силикотермия Cr2O3FeO–
8 Хромкенді шекемтастар 850 алюмотермия Cr2O3FeO–
9 Хром кені (Рай-Из) 1030 силикотермия Cr2O3FeOFe2O310 Хром брикеті 1100 алюмотермия Cr2O3FeO–
11 Титан концентраты (Шоқаш) 1230 силикотермия Cr2O3FeO–
12 Хромкенді шекемтастар 1400 алюмотермия Cr2O3FeO–
13 Вольфрам концентраты 1500 силикотермия WO3MnO14 Хром кені (Кемпірсай) 1600 алюмотермия Cr2O3FeO–
15 Вольфрам концентраты 1720 силикотермия WO3MnO–
16 Хром кені (Рай-Из) 1840 алюмотермия Cr2O3FeOFe2O317 Никель кені 1950 силикотермия FeONiO–
18 Хромкенді брикет 2050 алюмотермия Cr2O3FeO–
19 Хромкенді шекемтастар 2100 силикотермия Cr2O3FeO–
20 Вольфрам концентраты 2200 алюмотермия WO3MnO–
21 Хром кені (Рай-Из) 2500 силикотермия Cr2O3FeOFe2O322 Хром кені (ЮАР) 2300 алюмотермия Cr2O3FeO–
23 Никель кені 2400 силикотермия FeONiO–
24 Хром брикеті 2600 алюмотермия Cr2O3FeO–
25 Хром шекемтастары (Кемпірсай) 2800 силикотермия Cr2O3FeO–
26 Хром кені (Рай-Из) 2950 алюмотермия Cr2O3FeOFe2O327 Хром шекемтастары 2700 силикотермия Cr2O3FeO–
Мәнжазба тақырыптары:
1.Металдардың тотығуы.
2.Қатты көміртегімен тотықсыздану
Блиц – тест:
№ 7 практикалық жұмыс
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:
Теориялық бөлім
Есептеу мысалы
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:
πО(МеО)=∆GMeO0.
∆G0 - дің температурадан тәуелділігі бойынша берілгендерді 1 – қосымшада берілген, О2 – ң 1 молінің қатысуымен жүретін реакция үшін санаймыз:
4Cu+O2=2Cu2O ∆GCu2O0=-337038+142,6T;
2Ni+O2=2NiO ∆GNiO0=-474448+171,24T;6FeO+O2=2Fe3O4 ∆GFe3O40=-636130+255,7T;2Feα+O2=2FeO ∆GFeO0=-524774+127,12T;2Mn+O2=2MnO ∆GMnO0=-770372+147,46T;Si+O2=SiO2 ∆GSiO20=-906555+174,05T.
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
πО(Н2/Н2О)….. -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:
πоН2Н2О=-492230+Т108,24-38,31lg⁡(%H2%H2O)=-383990-38310lg%H2%H2O. 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
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов.
Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967, 279 сКазачков 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:
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
№ 8 практикалық жұмыс
ТӘЖІРИБЕЛІК МӘЛІМЕТТЕР БОЙЫНША МЕТАЛДЫ БАЛҚЫМАЛАР КОМПОНЕНТТЕРІНІҢ БЕЛСЕНДІЛІГІН ЕСЕПТЕУ
Жұмыстың мақсаты: Генри бойынша күкірттің белсенділігі мен белсенділік коэффициентін анықтау. График тұрғызып қорытынды жазу.
Жұмыстың жоспары:
Теориялық бөлім
Есептеу мысалы
Өз бетімен шығаруға арналған нұсқалар
Теориялық бөлiм
Көп жағдайда металл қорытпалардағы компоненттердің белсенділігін анықтау қорытпа үстіндегі газды фаза компоненттерінің қаныққан бу қысымының өзгерісі, жоғары температураларда металл қорытпаларының қатысуымен жүретін химиялық реакциялар тепе – теңдігінің физикалық шартын анықтау, жоғары температуралы гальваникалық элементтердің ЭҚК өлшеулердің электрхимиялық мәліметтері, Гиббс – Дюгем теңдігін интегралдау арқылы металл қорытпасы компонеттері бірінің белсенділігін басқа компонент белсенділігіне қайта есептеуден шығатын мәліметтер негізінде жүзеге асырылады.
а. Қаныққан бу қысымы мәліметін пайдалана отырып металл қорытпадағы компонент белсенділігін анықтау
хi компоненттің концентрациясы белгілі жағдайда, қорытпа үстіндегі оның қаныққан бу қысымы мәндері бойынша компонент белсенділігі есебі үшін, қорытпаның стандартты күйі үшін осы компоненттің қаныққан бу қысымын білу қажет, яғни Pi0 таза компонент үстіндегі немесе γi0 гипотетикалық күйі жағдайында. Онда таза компоненттің стандартты күйі үшін берілген температурада ерітіндідегі концентрациясы хi болғандағы компоненттің белсенділігі тең болады
аiR=PiPi0. (5.16)
Стандартты гипотетикалық күй үшін
аiH=Pi/Pi0∙1/γi0 (5.17)

1% ерітіндінің стандартты күйі үшін:
аi(1%)=PiPi0∙100∙Miγi0∙Mj, (4.18)
мұндағы, Mi-еріген I компоненттің атомдық массасы; j еріткіштің атомдық массасы.
Мысал. Ерітінді үстіндегі темірдің қаныққан буы қысымының көміртегі құрамынан тәуелділігі эксперименттік мәліметтер негізінде алынған келесі теңдіктермен жазылады, (PFe Па - мен):
PFe=-136,46∙xC2-17,42xC+20,48 (1635°С температурасында);
PFe=-869,02∙xC2-17,69xC+103,74 (1800°С температурасында).
Fe-C қорытпасындағы көміртегі концентрациясының интервалында хС =0,01 – ден хС =0,15 – ке дейін 1635°С және 1800°С температуралары үшін γFeбелсенділік коэффициенттері мен таза темір- стандартты күйге қатысты темір белсенділігінің мәнін анықтау.
Шешуі. 1635°С және 1800°С (1908 және 2073 К) температураларда Fe-C қорытпасындағы темір белсенділігін анықтау үшін (5.16) теңдігін қолданамыз.
aFeR=PFePFe0.Берілген температураларда таза темір үстіндегі қаныққан бу қысымын PFe -ң хС =0 мәнінің қорытпа құрамынан тәуелділік теңдігіне қою арқылы анықтаймыз:
(PFe0)1908=20,48 Па;(PFe0)2073=103,74 Па. PFe мәнін хС –ң алты мәндері үшін жүргіземіз: 0,01; 0,02; 0,05; 0,10; 0,12; 0,15.
PFe мәндерінің қорытындысы 13- кестеде келтірілген. Сонымен қатар aFeR мен γFe мәндері келтірілген.
Есеп қорытындысынан көрініп тұрғандай, көміртегінің салыстырмалы концентрациялары (хС =0,05 және 1%-ға дейін) кезінде темірдің белсенділігі мольдік үлеске және γFe=1 белсенділік коэффициентіне тең.
Қорытпаның жоғары температурасы кезінде γFe=1 көміртегінің анағұрлым жоғары концентрацияларға (хС =0,1 немесе 2,3%) дейін жететінін айта кету қажет.
13- кесте
Fe-C қорытпасы үстіндегі темірдің қаныққан буының қысымы және қорытпадағы темір белсенділігі
хС xFeT=1908 К Т=2073 К
PFe,ПаaFeRγFePFe,ПаaFeRγFe0,01
0,02
0,05
0,10
0,12
0,15 0,99
0,98
0,95
0,90
0,88
0,85 20,35
20,08
19,29
17,42
16,49
14,76 0,99
0,98
0,94
0,85
0,81
0,72 1,00
1,00
0,99
0,94
0,92
0,85 103,47
103,08
100,68
93,23
89,11
81,53 1,00
0,99
0,97
0,90
0,86
0,79 1,01
1,01
1,02
1,00
0,98
0,93
Өз бетімен шығаруға арналған нұсқа
№ хС № хС № хС № хС № хС
1 0,02 6 0,11 11 0,18 16 0,23 21 0,28
2 0,03 7 0,13 12 0,19 17 0,24 22 0,29
3 0,04 8 0,14 13 0,2 18 0,25 23 0,3
4 0,05 9 0,16 14 0,21 19 0,26 24 0,4
5 0,06 10 0,17 15 0,22 20 0,27 Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967, 279 с
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Симбинова К.Ж., Байсанов С.О., Никитин Г.Н. Физико-химия металлургических систем и процессов. Алматы 1993 г.
Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Исследование вязкости жидкостей и оксидных расплавов. Актобе 2005 год
Термодинамика и кинетика процессов диссоциации карбонатов и оксидов: лабораторный практикум. Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Актобе 2005 год
Симбинова К.Ж. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ. Алма-Ата, 1990, 75 с.
№9. «Шихтаның термиялығы»
Сабақтын мақсаты: Реакцияның термиялық жылулық эффекттiң қорытындылары бойынша темiр тастың керектiк санының анықтауы.
Семинардын жоспары:
Теориялық бөлiк. Қалпына келтiрудiң түрлерi ұғымның жалпылама түрiнделерi, алюминиды қалпына келтiрумен бiздiң жағдайда нақтырақ қараймыз
(орташа 50-60% без темiрлi кен, мазмұнмен) темiр тастың керектiк санының есептеуiнiң қысқаша талдауын берiледi
Бақылау сұрақтарының тiзiмнiң теориялық студенттiң бiр бөлiгiнiң игеруi және кеңес берiлетiн әдебиеттiң сiлтемесi үшiн берiледi.
Теориялық бөлiк
Металлургиялық процесстерде қалпына келтiргiш ретiнде қалпына келтiрiлетiн металлға қарағанда оттекке биiгiрек химия туысқандық ие болатын болып металлдарды пайдаланады. Түрдегi металлотермиялық қалпына келтiрудi реакция төмендегiше жазылады:
(1)
қайда, – қалпына келтiрiлетiн металлдың оксидi; - металл қалпына келтiргiш
Реакция ол үшiн мән оксидтердiң бiлiмiнiң реакциялары үшiн шамамен және анықталады

(2)
Металлдың (1 ) реакциясы не шарт кезiнде терiс мәнi болауға қалпына келтiруге қарай дами алады.
Металлотермиялық процесстерде қалпына келтiргiштер ретiнде өте кең алюмини да кремнидi пайдаланады. Сәйкесiнше силикотермиялық немесе алюминотермическимидiң бұл деп ата металлдарымен дларды әр түрлi оксилердiң қалпына келтiруiнiң процесстерi. Металлотермиялық процесстер ерекшелеулермен жарысайды жылу. Арқасында бұл жылу реакцияның өнiмдерiнiң сұйық түрiндегi реакцияның самғауы және алуды қамтамасыз ететiн елегiш жүйенiң температурасының түбегейлi жоғарылатуы болады. (силикотермия және алюминотермия) металлотермиялық қалпына келтiру сондықтан ферросплавтардың пеш сыртындағы қорытуы үшiн кең қолданылады. Металлотермиялық процесстiң дамытуы сыртқы жылытусыз тек қана сол сан сараман жылу елегiш жүйенiң биiк температурасының алуы үшiн жеткiлiктi жағдайда болуы мүмкiн. Металлотермиялық процесстегi жылу шығарулары мiнездемемен қызмет көрсетедi - личество массасының бiрлiгiне араластыруға елегiш ерекшеленетiн жылу. Бұл мiнездемелер шихтаның термичностьюi деп аталады және өрнектен әдетте анықталады:

∆Н298 металлотермиялық қалпына келтiрудi жылулық эффекттiң үйреншiктi мәнi,
Mr– стехиоөлшегiш байланыс алған бастапқы заттардың молекулалық немесе атом массаларының сомасы.
Ережемен сәйкес Iнжу, жылыту, шихтаның термичностьсi металлотермиялық қалпына келтiрулер табысты дамыту үшiн сыртқы го болуы керек. Шихтаның термичностиы қалпына келтiрiлетiн оксидтер, шама үшiн көбiрек болуы керек. Нормалы дамытуды шихтаның таточной термичностиы жанында метал - процесстiң лотермическогосы шихтаның қыздыру немесе балқу қамтамасыз ететiн сыртқы жылытуы бар пештін процесi қалпына келтiрiлетiн оксидтердiң шихтасының құрамына немесе тасымалдауды енгiзумен қамтамасыз етiледi. Металлотермиялық процесстердегi елегiш заттарының қасиеттерi балқу, булану, ерудiң бiрге болатын процесстерiнiң ықпалменiмен өзгере алады тағы басқалар. Бұл толтырушы құбылыстарға дейiн қалпына келтiргiш және қалпына келтiрiлетiн металлдың оттегiне химия туысқандығының мәндерiн өзгертедi. Бұл қосымша құбылыстар қалпына келтiргiш және қалпына келтiрiлетiн металлдың оттегiне химия туысқандығының мәндерiн өзгертедi. Бұл құбылыстардың сандық есепке алуы оксидтердiң оттек потенциалы үшiн өрнектiң негiзiнде өндiрiп алады.
Талдау.
Қалай гематиттiң саны концентраттың 100 кг қосуы керек болғанын есептесiн концентрат таза оксидi болатынын қабылдаймыз.



Бастапқы заттардың молекулалық және атом массаларының сомасын табамыз:

Әрбiр реакция үшiн шихтаның термиясын анықтаймыз:

Шихтаның термиясын салыстырмалы талдауды жасау




Доля оксидов железа:



Өзiндiк жұмыс үшiн варианттар.
№ Масса концентрата № Масса
концентрата
1 120 11 350
2 140 12 400
3 150 13 420
3 160 14 440
4 170 15 450
5 180 16 470
6 190 17 490
7 200 18 500
8 230 19 520
9 260 20 530
10 290 21 550
11 300 22 570
1. Қалай темiр тастың саны тап қалған массаны концентраттың рутилының өздiгiнен қыздыру қалпына келтiруi үшiн қосуға керек болатынын анықтау.
2. Қорытынды жасау
Бақылау сұрақтары:
1.Қыздыру қалпына келтiруi деген не?
2.Шарттар неткен титан концентратының өздiгiнен қалпына келтiруiн ағу үшiн жасауы керек?
3. Сiз қалай шихтаның термиялықты түсiнесiңiз?
Әдебиеттер:
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967, 279 с
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов,
«Металлургия», 1986, 288 с.
Симбинова К.Ж., Байсанов С.О., Никитин Г.Н. Физико-химия металлургических систем и процессов. Алматы 1993 г.
Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Исследование вязкости жидкостей и оксидных расплавов. Актобе 2005 год
Термодинамика и кинетика процессов диссоциации карбонатов и оксидов: лабораторный практикум. Симбинов Р.Д., Актобе 2005
Симбинова К.Ж. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ. Алма-Ата, 1990, 75 с.
Сабақ №10 «Эксперименталдi мәлiметтiң белсендiлiктiң анықтауы»
Сабақтын мақсаты: үйреншiктi күй қарағанда компоненттiң белсендiлiгiнiң анықтауын есептеудiң әдiстемесiн меңгеру, яғни таза компонент қатынас бойынша белсендiлiктiң салыстыруы.
Семинардың жоспары:
1.Теориялық материалдың бекiтуi
2.Талдау
3.Бақылау сұрақтарының тiзiмнiң теориялық студенттiң бiр бөлiгiнiң игеруi және кеңес берiлетiн әдебиеттiң сiлтемесi үшiн берiледi.
Теориялық бөлiк.
Заттың қабiлеттiлiгi басқа заттармен сезiнсiн, химиялық реакция еркiн энергияны өзгерiспен нәтижеде химия туысқандығының шамасымен анықталып сандай бағаланады. Егер елегiш заттар емес болса, таза түр емес, ерiтiлген күйде, онда олардың жұмыс iстеуге қабiлеттiлiгi немесе химия туысқандығы, ерiтiндiде олардың шоғырландыруларымен қосымша анықталғанында, сәйкесiнше басқа заттармен қадағалауға оның қабiлеттiлiгi де азаяды ерiтiндiдегi заттың шоғырландырулары кiшiрейтумен. Тамаша ерiтiндiлер үшiн Рауля және Генри ерiтiндiлердiң заңдары үшiн негiзгi заңдар әдiл тек қана. Нақты жүйелерге тамаша ерiтiндiлердiң заңдарының қолдануы жақын жүрген адам сипатты сөзсiз тасысады. Нақты жүйенiң мiнез-құлығындағы ауытқудың дәрежелерi үлкеюмен және де тамашадан, тамаша жүйелер үшiн теңдеулердi қолданып өлшеулi термодинамиялық мiнездемелердiң мәндерiндегi ауытқуы әдiл тек қана үлкеедi. Нақты жүйелерге тамаша ерiтiндiлерiнiң тасы закосы болуы мүмкiн қолдану жасауға үшiн, ерiтiлген заттардың шоғырландыруы орынына ерiтiндiдегi олардың белсендiлiктерi мәндi пайдаланады. Ерiтiндiдегi компоненттiң белсендiлiгiмен үйреншiктi күйдегi компонент үшiн ұқсас шамаға ерiтiндiнiң үстiнде компонент қысымның қатынасы қаныққан пара түсiнедi:
(1)
аі – ерiтiндiдегi компоненттiң белсендiлiгi қайда; Рі — ерiтiндiнiң үстiнде компонент қысым қаныққан пара; Рст — таза күйіндегі қысым стандартты түрде.
Ерiтiлген заты үшiн үйреншiктi күйiн таңдау қысымының күйi ол үшiн қаныққан пара табылудың оралымдылығымен анықталады немесе басқа термодинамиялық шама және ерiтiлген заттың шоғырландыруларын облыстан тәуелдi болады, ерiтiндiдегi оның белсендiлiгiмен қай үшiн анықталады. Тең бiрлiкке оның үйреншiктi күйiндегi кез келген компоненттiң белсендiлiк айтып тұруға керек.
Келесi үйреншiктi тұрудан өте жиi қабылдайды:
1. Таза компоненттiң бiрлiкке дейiн молярляқ бұл компоненттiң бөлшегiнiң үзiк емес үлкеюi жолымен алынатын күйi.
2. Қысымы бар компонентiнiң гипотеза күйi қаныққан пара, таза компонент сәйкес келетiн шоғырландыруға дейiн Генридiң заңының алынатын экстраполяциясы
3. 1% сәйкес келетiн ерiтiндiдегi заттың күйi компоненттiң жаппай шоғырландыруы
Рауляның заңынан ауытқудың дәрежесiнiң таза зат, мiнезде белсендiлiгiнiң ретiнде үйреншiктi таңда тұруларымен бiрiншi жағдай үшiн. Оның молярляқ еншiсiнiң жанында компоненттiң белсендiлiгi бинарлық нәсiлдерiнде.
Талдау:
Ерiтiндiнiң құрамынан таза мыстың жүйедегi мыстын белсендiлiктiң коэффициентiнiң тәуелдiлiгiден үйреншiктi күйгене дейiн температураның жанында 1550 теңдеумен өрнектеледi:

Мән үйреншiктi күй қарағанда ерiтiндiдегi мыстын белсендiлiгiнiң мәнi есептеңiз
1% -ерiтiндiлер үшiн ерiтiндi және мыстын белсендiлiктiң коэффициентiнiң шамасын , , ,

(1)
(2)
(1 ) теңдеу теңестiремiз (2 ) және без үшiн қара күйе еншiсiн табамыз

(3)
Мыстын компонентiнiң белсендiлiгi тең:

Қарағанда ерiтiндiдегi мыстын белсендiлiгiнiң коэффициентi 1% -стандартты түрге:
(5)
Кесте 1.

Өзiндiк жұмыс үшiн нұсқаулар:

1 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250
2 0.070 0.090 0.120 0.150 0.200
3 0.030 0.060 0.100 0.130 0.150
4 0.040 0.070 0.090 0.070 0.070
5 0.060 0.080 0.100 0.120 0.150
6 0.070 0.100 0.120 0.150 0.200
7 0.080 0.110 0.150 0.180 0.200
8 0.090 0.120 0.150 0.190 0.220
9 0.100 0.130 0.160 0.100 0.200
10 0.110 0.140 0.160 0.190 0.210
11 0.120 0.150 0.170 0.190 0.250
12 0.130 0.160 0.200 0.230 0.260
13 0.140 0.170 0.210 0.250 0.270
14 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350
15 0.160 0.250 0.300 0.350 0.400
16 0.170 0.230 0.250 0.340 0.430
17 0.180 0.210 0.290 0.360 0.410
18 0.190 0.215 0.280 0.340 0.380
19 0.200 0.250 0.310 0.350 0.400
20 0.190 0.220 0.270 0.320 0.410
21 0.160 0.230 0.310 0.370 0.420
22 0.150 0.170 0.230 0.290 0.300
1.Екi компоненттi балқытпалар үшiн Медиолардың белсендiлiктерiнiң мәнi есептеу
2.Тәуелдiлiктiң графигi келтiремiз және
3.Қорытынды жасау.
Бақылау сұрақтары:
1.Не белсендiлiкпен деп аталады?
2.Не туралы Рауляның заңы және Генридiң заңы айтады?
3.Сiз қалай заттың таза компонентiмен түсiнесiңiз?
4.Белсендiлiктiң коэффициентi деген не ?
5.Сiз қалай заттың таза компонентi гипотеза күйi терминмен түсiнесiңiз?
Әдебиеттер:
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967, 279 с
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Симбинова К.Ж., Байсанов С.О., Никитин Г.Н. Физико-химия металлургических систем и процессов. Алматы 1993 г.
Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Исследование вязкости жидкостей и оксидных расплавов. Актобе 2005 год
Термодинамика и кинетика процессов диссоциации карбонатов и оксидов: лабораторный практикум. Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Актобе 2005 год.
Симбинова К.Ж. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ. Алма-Ата, 1990, 75 с.
Сабақ №11 «Белсенді компонент ерітіндісінен үлкейтілген белсенді ерітіндіні анықтау»
Сабақтын мақсаты: Тиімді концентрацияның екі компонентін анықтау

Сабақтын жоспары:
Теориялық бөлiк
Талдау.
Бақылау сұрақтарының тiзiмнiң теориялық студенттiң бiр бөлiгiнiң игеруi, кеңес берiлетiн әдебиеттiң дербес шешiм және сiлтемесi үшiн берiледi.
Теориялық бөлім
Қатардағы қатысты бинарлы ерітінді оңай белсенді анықтауға бір компонентке белсенді коэффициент сол уақытта тәжірибелік басқа коэффициентті анықтау қиынға соғады. Бұл жағдайда екінші компонентті Гиббс-Дюгема теңдеуі арқылы түзіледі. Бинарлы ерітінді үшін:
х1 ∙dlna1= - x2∙ dlna2 (1)
Тепе-теңдік бөлігін интегралдаудан кейін бір және
lna1 - lna1 = -а1а2х2х1dlna2 (2)
екі штрихтің анықтамасы белсенді концентрация араларына интеграл өңделеді. Көп жағдайда үлкейген интегралды анықтау оң жақ тегістігінен графика шығарылады.

Сурет 1. Тәуелді цинк балқымасы арасы белсенді концентрация Sn –Zn 750К өлшеу қорытындысы ЭДС гальвандық концентрациялық элементі
үлкен өлшемді қисықтың жолымен анықтау –lga2 ерітінді компоненттің концентрациялық қарым-қатынасының тәуелділігі х2/х1.

Сурет 2.Графикалық интегралды Гиббс-Дюгема арқылы түзеу астынғы интегралдың әр түрлілігін білдіреді.
Абцисса осіне жақындаған қисық асимптотикалық және анықталмаған белгіні интеграл асты х1→1 бар есептің активті байланысы ыңғайсыздық қолданысын білдіреді. Графикалық интегралдау бұл жағдайда жеткілікті дәлдікке, өткізу мүмкін емес, сондықтан теңестіру (2) арқылы қарапайым жүргізілген.
lnγ1 - lnγ1=-х1х2х2х1dlnγ2 (3)
Сонда х1=1 lnγ1=0, ал қисық штрихталған аудан х1 концентрациясына сәйкес үлкендеу . Генри заңына сәйкес келгенде екінші компоненттің (х2→1 мен х1→1) төмен концентрация обласының үлкендігі lnγ2 тұрақтанады. Бұл вертикальды қисық бөлім бөлігіне сәйкес келеді. (сурет 2,б)
lnγ2концентрацияға тәуелді аналитикалық болуы мүмкін. Сонымен қатар ерітіндіге, реттеуге жақын, бинарлы ерітіндідегі активті компоненттеріне тәуелділік түріне қарай бөлінеді:
lnγ2=а+к∙1-х22 (4)
Немесе
lnγ21-х2=а`+к∙х2 (5)
Осы жағдайда lnγ2сәйкес білдіретін интеграл асты белгіге қойылады, дифференциалданады, содан соң интегралданады. Бірақта көп жағдайда lnγ2 концентрациясы жалпы тәуелділік түрін табу мүмкін емес. Формулаға (3) кіретін интеграл графикалық әдіспен жүргізілетін, қисық ауданмен анықталады. (сурет 2,б) Интегралдың үлкендігін жақындық әдіспен анықтауға болады (Трапеция әдісі немесе Симпсон әдісі).
lgγCui=1.45∙xFei2+1.86∙xFei3+1.41∙xFei4dlgγCuidxFei=2.9∙xFei+5.58∙xFei2+5.64∙xFei3Есептің шығарылу жолы:
lim∆х→0∆lgγCui∆xFei=1.45∙lim∆xFei→0fxFei+∆xFei-fxFei∆xFei+1.86∙lim∆xFei→0fxFei+∆xFei-fxFei∆xFei+1.41∙lim∆xFei→0fxFei+∆xFei-fxFei∆xFei=1.45∙lim∆xFei→0fxFei+2∙fxFei∆xFei-f∆xFei-fxFei∆xFei=1.86∙lim∆xFei→0fxFei+3∙fxFei∆xFei+3∙fxFei∆xFei+f∆xFei-fxFei∆xFei=1.41lim∆xFei→0fxFei+4∙fxFei∆xFei+4∙fxFei∆xFei+f∆xFei-fxFei∆xFei=1.45∙lim∆xFei→02∙fxFei∆xFei+f∆xFei∆xFei==1.86∙lim∆xFei→03∙fxFei∆xFei+3∙fxFei∆xFei+f∆xFei∆xFei=1.41lim∆xFei→04∙fxFei∆xFei+4∙fxFei∆xFei+f∆xFei∆xFei=2∙1.45∙xFei+1.45∙lim∆xFei→0f∆xFei+1.86∙3lim∆xFei→0fxFei∆xFei+1.86lim∆xFei→0f∆xFei+4∙1.41∙xFei+4∙1.41∙lim∆xFei→0fxFei∆xFei++1.41∙lim∆xFei→0f∆xFei=2.9 ∙xFei+5.58∙xFei+5.64∙xFeilgγFei=-0xCuixCuixFeid lgγCuiЕсептің нәтижесі
хCui 0 0,05 0,1 0,15 0,20
xFei 1 0,95 0,9 0,85 0,8
γFei 1 0,48 0,86 0,72 0,575
аFei 1 0,496 0,774 0,612 0,46
Есептеудiң қорытындысы:
Без балқымадағы бездiң белсендiлiктiң коэффициентiнiң анықтауы есептеудi жасау. Темір белсендiлiк қара күйе еншiсiн анықтау
Тәуелдiлiктiң графикасы құрастыру.
Қорытынды жасау.
Дербес есептеу үшiн варианттар

1 0 0,04 0,1 0,15 0,21
2 0 0,06 0,2 0,25 0,28
3 0 0,08 0,3 0,32 0,38
4 0 0,05 0,1 0,15 0,21
5 0 0,07 0,2 0,25 0,28
6 0 0,04 0,3 0,32 0,38
7 0 0,06 0,1 0,15 0,21
8 0 0,08 0,2 0,25 0,28
9 0 0,05 0,3 0,32 0,38
10 0 0,07 0,1 0,15 0,21
11 0 0,04 0,2 0,25 0,28
12 0 0,06 0,3 0,32 0,38
13 0 0,08 0,1 0,15 0,21
14 0 0,05 0,2 0,25 0,28
15 0 0,07 0,3 0,32 0,38
16 0 0,04 0,1 0,15 0,21
17 0 0,06 0,2 0,25 0,28
18 0 0,08 0,3 0,32 0,38
19 0 0,05 0,2 0,25 0,28
20 0 0,07 0,3 0,32 0,38
Бақылау сұрақтары:
Металлдың оксидiнiң сульфид потенциалы деген не және торлар фак неткен оның шамаларына ықпал етедi?
Металлдың оксидi және газды фазаның сульфид потенциалдарының байланыстарының неткен күйiнделер соңғы металл қарағанда тотықтырғыш сипаты болады, қай осы сульфидпен тепе-тең күйде болады?
Әдебиеттер:
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов. М: Металлургия, 1967, 279
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Сабақ №12 «Металл және қождын аралығында оттектiң үлестiрiлуi»
Сабақтын мақсаты: Кождын және металлдың аралығында оттектiң үлестiрiлуiн дәреженiң анықтауы.
Семинардын жоспары:
1.Теориялық материалдың бекiтуi
2.Талдау
3.Бақылау сұрақтарының тiзiмнiң теориялық студенттiң бiр бөлiгiнiң игеруi және кеңес берiлетiн әдебиеттiң сiлтемесi үшiн берiледi.
Теориялық бөлiм
Күйiндiден металлға оттектiң өткелiнiң процессi реакцияның теңдеуiмен көрсетуге болады:

Бұл реакцияның тепе-теңдiк шарттары металлмен және күйiндiнiң аралығында оттектiң үлестiрiлуiн коэффициенттiң шамаларымен бейнеленедi

где — темiр ерiтiлген оттектiң белсендiлiгi қайда; — белсенділік в ерiтiлмелi қождын күйiндiдегi.
Оттектiң үлестiрiлуiн коэффициент температурадан тәуелдi болады. күйiндiмен (ерiтiлмелi вюстита) таза, сұйық темiрдегi оттектiң максимал ерiгiштiгiн аламыз.

— қаныққан ерiтiндiдегi оттектiң белсендiлiгiнiң коэффициентi.
Оттектiң максимал ерiгiштiгiнiң тәуелдiлiгi.і температуралар таза темiрде теңдеумен анықталады

Без оксидтiң белсендiлiгiнiң белгiлi бiр мәнi бар күйiндiсi бар тепе-теңдiгiнде берiспеуге болатын сұйық темiрдегi ерiтiлген оттектiң белсендiлiгi сонда:

Оттектiң шамалы биiк шоғырландырулары және темiр үшiн. Мүмкiн күйiндiдегi белсендiлiк бұл анықта мәлiметiнiң мүмкiн нақтылы құрамның күйiндiсiмен металлдағы тек тепе-теңдiк шоғырландыруға оттектiң максимал ерiгiштiгiн қышқыл бiле сонда:

Мәндердiң эксперименталдi анықтауы бойынша бiрiншi жұмыстарда не не қабылданды. Мұндай әдiспен мәндердi эксперименталдi анықталды.
Сұйық темiрдегi оттектiң ерiтiндiсi Генридiң заңынанғы ептеген терiс ауытқуларының көрсетедi. Сұйық темiрдегi оттектiң белсендiлiктерi коэффициенттiң есептеуi үшiн өзара әрекеттесу параметрдi пайдалануға болады:

Оттектiң белсендiлiгiнiң коэффициентiне басқа элементтерiнiң ықпалын бездi негiзде күрделi балқытпалары үшiн өзара әрекеттесу параметрлердi пайдалана ескеруге болады

Қосымшалардағы келтiр өзара әрекеттесуiнiң параметрлерiнiң мәндерi 8 және 9.
Талдау:
Күйiндiдегi белсендiлiк және температураға тап қалған күйiнденiң өзара әрекеттесудi параметрдiң есепке алуы бар белсендiлiгiнiң коэффициентiн анықтау.
Температурадан таза темiрдегi оттектiң максимал ерiгiштiгiнiң тәуелдiлiгiмен теңдеумен анықталады:
(1)
(2)
(3)
Сұйық металлдағы ерiтiлген оттектiң белсендiлiгi, күйiндiмен тепе-теңдiк күйде болу:
(4)
- температураға тап қалған күйiнденiң талдауды эксперименталдi тәуелдiлiк бойынша айқындалған оттектiң мазмұныды.
- температурадан тәуелдiлiктiң оттегiнiң максимал ерiгiштiгiнiң мазмұны.
Қайта есептегi әрбiр компоненттiң Молей саны 100 гр табамыз
(5)
Мольдік үлес:
(6)
Белсендiлiктiң коэффициентi:
(7)
Студенттiң өзiндiк жұмысы үшiн нұсқаулар

1 43.6 13.4 10 23.6 8 1.4 100 0.05 1600
2 44 13 11.6 21.6 7.6 2.2 100 0.04 1620
3 45.2 10.7 17.2 18 8 0.9 100 0.05 1590
4 46.4 11.1 19.2 15.2 6.8 1.3 100 0.055 1610
5 47.2 7.7 22.8 12.8 8 1.5 100 0.05 1620
6 44.1 8.2 21.7 16.4 7.7 1.9 100 0.45 1600
7 40.2 9.4 19.8 21.6 6.9 2.1 100 0.05 1580
8 37.2 11.1 22.8 20.8 6.4 1.7 100 0.04 1600
9 41.7 10.1 26.1 14.9 6.3 0.9 100 0.05 1620
10 44.4 7.7 28.1 12.2 6.1 1.5 100 0.055 1590
11 41.6 5.5 31.6 13.2 6 2.1 100 0.05 1610
12 39.7 5.9 30.4 15.6 5.9 2.5 100 0.45 1620
13 38.9 6.1 29.2 18.3 5.7 1.8 100 0.05 1600
14 33 6.3 32.8 19.2 6.4 2.3 100 0.04 1580
15 34.2 7.8 37.1 15.9 5.3 1.7 100 0.05 1600
16 39.2 5.9 38 9.6 4.8 2.5 100 0.055 1620
17 39.5 5.1 35.9 12.1 4.7 2.7 100 0.05 1590
18 37.6 4.2 38.3 11.6 4.2 3.1 100 0.45 1610
19 36.1 5.4 40.4 10.6 5.1 2.4 100 0.04 1620
20 34.8 6.0 41.6 11.2 4.5 1.9 100 0.05 1600
21 36.1 5.1 40.1 13.1 3.8 2.8 100 0.055 1580
22 32.4 5.8 43.8 11 3.5 3.5 100 0.05 1610
Есептеудiң қорытындысы:
1.Күйiндi балқытпасындағы бездiң оксидтiң белсендiлiгiнiң коэффициентiнiң анықтауы есептеудi жасау. Бездiң оксидiнiң без және белсендiлiгiнiң оксидiнiң қара күйе еншiсiн анықтау.
2.Қорытынды жасау.
Бақылау сұрақтары:
1.Металлдың оксидiнiң сульфид потенциалы деген не және торлар фак неткен оның шамаларына ықпал етедi?
2.Металлдың оксидi және газды фазаның сульфид потенциалдарының байланыстарының неткен күйiнделер соңғы металл қарағанда тотықтырғыш сипаты болады, қай осы сульфидпен тепе-тең күйде болады?
Әдебиеттер:
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов. М: Металлургия, 1967, 279 с
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия»
Сабақ №13 «Қождын металлымен аралығында күкiрттiң үлестiрiлуi»
Жұмыстың мақсаты: Есептеудiң мәнi күйiндi балқытпасында күкiрт мөлшерi анықтауда болады, яғни металлдық балқытпаның үстiнде күйiндiнiң сульфатын ажырататын қабiлеттiлiгiнiң анықтауында.
Семинардың жоспары:
1.Теориялық бөлiк
2.Талдау.
3.Бақылау сұрақтарының тiзiмнiң теориялық студенттiң бiр бөлiгiнiң игеруi, кеңес берiлетiн әдебиеттiң дербес шешiм және сiлтемесi үшiн берiледi
Теориялық бөлiк
Жиынтық реакцияны қалай ерiтiлмелi күйiндi, қара күкiртiнiң алып тастауын процессi молекулалық Құрылыс теориясының позицияларымен:

(1)
Металлмен және күйiндiнiң аралығында күкiрттiң үлестрілуі процесстiң сандық мiнездемесi күкiрттiң үлестiрiлуiн коэффициент болып табылады
(2)
Мән (2 ) реакциямен сәйкес (1 ) реакцияның тепе-теңдiгiнiң тұрақтысы және белсендiлiктермен және күйiндiде анықталады:


Мынадан

Грант және Чипманның лабораториялық зерттеулерiнде күкiрттiң үлестiрiлуiн коэффициентке ықпалдарды зерттеген:


Авторлар басқа зерттеулерде дегенмен сол күйiндiнiң негiзгiлiктен сияқтысының күрделi тәуелдiлiгi айқындалған, сол сияқты күйiндiдегi без оксидтiң мазмұныды. Күйiндiнiң құрамы бойынша мән есептеуге мүмкiндiк беретiн әр түрлi эмпирикалық теңдеулер ұсыныс жасаған. Тәжiрибелер жүргiзiлетiн шарттарының эмпирикалық шекте тәуелдiлiктерiнiң қолдану облысы дегенмен.
Металлдан күйiндiге күкiрттiң өткелi күкiрттiң атомдарының иондауымен байланған. Электрондардың көзiмен металлдан күйiндiге безiнiң атомдардың өткелiнiң процессi бола алады. Жиынтық реакция сияқты болады:


Стемнiң нақты күйiндi силерiнiң күйiндi ауытқуының иондық теориясының П.Герасименко ұсынған негiзiнде күйiндi металл тепе-теңдiктердiң есептеуiнiң әдiстемесiмен сәйкес тамаша мәндердiң күйiндiнiң құрамынан тәуелдiлiкпен есепке алынады. Байланыс жүргiзiледi:

Бұл әдiс бойынша иондық шоғырландырулар граммның жалпы санына осы сортын грамм-ионды санның қатынастарымен сияқты анықталады - катиондар және аниондардың иондарының күйiндiсiнде.
Талдау
Күйiндi құрамымен болатын тепе-теңдiктегi сұйық темiрiндегi күкiртiнiң шоғырландыруын есептеу.







Компоненттердiң моль саны табамыз:

Жалпы қосындысы анион мен катион саны 100 гр. есептелгенде:



Анион күкірті мен оттек белсенділіктері қожда:

Студенттін өзіндік жұмыс

1 37 6 5 22 8 1 10 10,5 0,5 1630 0,05
2 38 5 6 21 9 2 12 6,5 0,6 1620 0,04
3 37 4 4 24 8 1 11 10,5 0,5 1610 0,045
4 35 5 6 23 7 3 9 11,3 0,7 1630 0,055
5 36 6 5 20 6 2 10 14,2 0,8 1620 0,04
6 35 5 4 22 8 1 12 12,5 0,5 1610 0,05
7 38 4 5 21 7 2 11 11,4 0,6 1620 0,04
8 37 5 5 24 8 3 9 8,5 0,5 1610 0,045
9 35 6 6 23 9 1 10 9,3 0,7 1630 0,055
10 37 5 4 20 8 2 12 11,2 0,8 1630 0,04
11 38 4 6 22 7 1 11 10,5 0,5 1620 0,05
12 37 5 5 21 6 3 9 13,4 0,6 1610 0,04
13 35 6 4 24 8 2 10 10,5 0,5 1630 0,045
14 36 5 5 23 7 1 12 10,3 0,7 1620 0,055
15 35 4 5 20 8 2 11 14,2 0,8 1610 0,04
16 38 5 6 22 9 1 9 9,5 0,5 1620 0,05
17 37 6 4 21 8 3 10 10,4 0,6 1610 0,04
18 35 5 6 24 7 2 12 8,5 0,5 1630 0,045
19 37 4 5 23 6 1 11 12,3 0,7 1610 0,055
20 38 5 4 20 8 2 9 13,2 0,8 1620 0,04
21 37 6 5 22 7 3 10 9,5 0,5 1610 0,055
Есептеудiң қорытындысы:
1.Температураға тап қалған күйiнденiң күйiндi балқытпасын есептеудi жасалсын, күкiрт және оттектiң аниондарының белсендiлiгiн анықтау.
2.Қорытынды жасау.
Бақылау сұрақтары:
1. Егер тепе-теңдiктiң тұрақтысы көбiрек бiрлiкке ұмтылатын болса металлдық балқытпадағы күкiрт мөлшерi мiнез-құлық әлдеқалай болады?
2. Күкiрттiң аниондарының белсендiлiгi деген не?
Әдебиеттер:
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов. М: Металлургия, 1967, 279
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Сабақ №14 «Ионды ерітіндіні реттеу теориясы бойынша қож балқымалардың компоненттерін белсенділігін есептеу»
Сабақтын мақсаты: Ионды қосылыстарға ие қождын ерітінді компоненттерінің белсенділігін анықтау.
Сабақ жоспары:
Теориялық бөлiк
Талдау.
Бақылау сұрақтарының тiзiмнiң теориялық студенттiң бiр бөлiгiнiң игеруi, кеңес берiлетiн әдебиеттiң дербес шешiм және сiлтемесi үшiн берiледi.
Теориялық бөлім
В.А. Кожеуров иондық ерітіндінің статистикалық теориясын шығарған. Балқытылған шлак анионды оттегімен қоршалған катион 1 атомды оттегісіз бөлек құралған системаны қарастырады. Катион мен анионның арасында бөлімаралық ара-қатынас күші бар.
(1)
Мұнда Qli, Qil, Qli - компоненттерге сәйкес келетін аралас энергия.
Шлак алтыкомпонентті система ретінде қарастырылады.
Катионның иондық бөлшегін көрсетейік:

Катиондардың иондық бөлшектері иондық балқымалардан құралған теориялары бойынша саналады.

Мұнда xi – катиондардың иондық бөлшегі, vi - оксидтердің молекуласындағы оттегісіз элементтердің бөлімдерінің саны, ni – 100 г шлактағы мольдердің саны.
Берілген шлак үшін иондық катиондардың бөлшектері және әр түрлі компоненттік жұптар үшін белгілі энергияның үлкендігінің араласуын қолдана отырып, В.А. Конвеуров коэффициенттер есептеу үшін оксидтердің активтілігінің теңдігін алды. Одан берілген шлак түзілді.
Көрсетілген теңдік мықты негізгі шлактарға қатысты. Олар эксперимент кезінде жақсы келіседі.
(2)
(3)
(4)

Барлық (2 )–(5) шығарылған теңдеулер күштi негiзгi күйiндiлерге жатады. Олар эксперименталдi мәлiметтермен жақсы сәйкес келу жеткiлiктi. Бiр-ақ сорттың аниондарының күйiндi балқытпасында бар екендiгiннiң жорамал, оттектiң аниондарының иондық еншiсi iстелiп бiрлiкке берiспейтiндiгi. Күйiндiнiң компоненттерiнiң белсендiлiктерi мүлтiксiз иондық ерiтiндi үшiн есеп айырысады яғни шығарма қалай иондық катиондар және аниондарды құя түс, бiрақ тиiстi катионның белсендiлiгiнiң коэффициентiнiң мәнi қосымша жүргiзiледi:

Для компонента , который образует два катиона, активность

Талдау:
Жүйелi ерiтiндiлер құрамы және температурасы 100 г күйiндiде төменде келтiрiлген күйiндi балқытпаларындағын белсендiлiктердiң мәнi есептеуге теорияны пайдалана

100 г күйiндiдегi әрбiр компонентiнiң молдік саны табамыз:
(1)

Фосфордың оксидiнiң 1 моль фосфордың катиондары моліне 2 тең болады
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)

Для компонента , который образует два катиона, активность

Студенттiң өзiндiк жұмысы үшiн варианттар

1 43.6 13.4 10 23.6 8 1.4 100 1600
2 44 13 11.6 21.6 7.6 2.2 100 1620
3 45.2 10.7 17.2 18 8 0.9 100 1590
4 46.4 11.1 19.2 15.2 6.8 1.3 100 1610
5 47.2 7.7 22.8 12.8 8 1.5 100 1620
6 44.1 8.2 21.7 16.4 7.7 1.9 100 1600
7 40.2 9.4 19.8 21.6 6.9 2.1 100 1580
8 37.2 11.1 22.8 20.8 6.4 1.7 100 1600
9 41.7 10.1 26.1 14.9 6.3 0.9 100 1620
10 44.4 7.7 28.1 12.2 6.1 1.5 100 1590
11 41.6 5.5 31.6 13.2 6 2.1 100 1610
12 39.7 5.9 30.4 15.6 5.9 2.5 100 1620
13 38.9 6.1 29.2 18.3 5.7 1.8 100 1600
14 33 6.3 32.8 19.2 6.4 2.3 100 1580
15 34.2 7.8 37.1 15.9 5.3 1.7 100 1600
16 39.2 5.9 38 9.6 4.8 2.5 100 1620
17 39.5 5.1 35.9 12.1 4.7 2.7 100 1590
18 37.6 4.2 38.3 11.6 4.2 3.1 100 1610
19 36.1 5.4 40.4 10.6 5.1 2.4 100 1620
20 34.8 6.0 41.6 11.2 4.5 1.9 100 1600
21 36.1 5.1 40.1 13.1 3.8 2.8 100 1580
22 32.4 5.8 43.8 11 3.5 3.5 100 1610
1.Күрделi күйiндi балқытпаларындағы металлдардың оксидтерiнiң белсендiлiктерiнiң мәнi есептеу
2.Қорытынды жасау.
Бақылау сұрақтары:
1.Не белсендiлiкпен деп аталады?
2.Не туралы Рауляның заңы және Генридiң заңы айтады ма?
3.Сiз қалай заттың таза компонентiмен түсiнесiңiз?
4.Белсендiлiктiң коэффициентi деген не ме?
5.Сiз қалай заттың таза компонентi гипотеза күйi терминмен түсiнесiңiз?
Литература:
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967, 279 с
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Симбинова К.Ж., Байсанов С.О., Никитин Г.Н. Физико-химия металлургических систем и процессов. Алматы 1993 г.
Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Исследование вязкости жидкостей и оксидных расплавов. Актобе 2005 год
Термодинамика и кинетика процессов диссоциации карбонатов и оксидов: лабораторный практикум. Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Актобе 2005
Симбинова К.Ж. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ. Алма-Ата, 1990, 75 с.
Сабақ №15 «Оксид металлдың қатты көміртекпен қалпына келуі»
Сабақтын мақсаты: Қатты көміртекпен оксид металлдың бастапқы температурасын анықтау.
Сабақтын жоспары:
Теориялық материалдың бекiтуi
Талдау
Бақылау сұрақтарының тiзiмнiң теориялық студенттiң бiр бөлiгiнiң игеруi және кеңес берiлетiн әдебиеттiң сiлтемесi үшiн берiледi.
Теориялық бөлім
Оксид металдың қатты көміртекпен қалпына келу реакциясы былай жүреді:
МеО + С = Ме + СО2
Бұл реакцияны екі жеке реакциялы нәтижелілік ретінде қарастырады:
Ме + СО = Ме + СО2
СО2 + С = 2СО
МеО + С = Ме + СО
Әрбір жеке реакциялар (1) мен (2) газдық фазадан тұратын сол компоненттерден СО мен СО2 системаны жалпы тепе-теңдік шартымен, яғни тепе-теңдік реакция (3) шартымен, (1) мен (2) реакциясы СО-СО2 бірдей құрамдар тепе-теңдік газдық қоспасы болып табылады.
СО-СО2 тепе-теңдік құрам газдық қоспасы реакцияда температура арқылы өзгереді, ал реакция (2) системада тағы жалпы қысым өзгеруінен болады. Ме, МеО мен С қатты фазаны көрсететін жағдайда системада ерітінді пайда болмайды, тепе-теңдік реакциясы (3) бір дәрежелі бос болып мінезделеді. Осы температура өз атауын оксид металдың қатты көміртекпен бастапқы қалпына келуінен алады. Реакцияның (3) дамуы металлдың қалпына келуі үшін, егер фактілік температура металл оксид көміртегінің бастапқы қалпына келу температурасынан жоғары болғанда: Т>Тн.в..


Сурет. 1. Жеке реакциялар үшін газдық фазаның бірдей құрамдары оксид металлдың қатты көміртегімен бастапқы қалпына келу температурасын анықтау схемасы
Оксид металлдың қатты көміртегімен бастапқы қалпына келу температурасын анықтаудың екі жолы бар.
Біріншісі, СО-СО2 газдық қоспа тепе-теңдік құрамына тәуелді болуын анықтайды, реакция (1) мен (2) температура функциясы мен аналитикалық жолмен температураның мәнін табады, соған орай тепе-теңдік газдық фаза осы екі реакцияға бірдей құрам береді.Осы температура оксид металлдың қатты көміртегімен Тн.в. бастапқы қалпына келу температурасы болып есептеледі.
1.Суретте Тн.в. жолмен анықталуы схемада көрсетілген. Реакция (1) мен (2) үшін тепе-теңдік газдық фазаның бірдей құрамдағы Тн.в. –ның табылуы үйілуді (громоздким) көрсетеді.
Екінші есептеуде оксид металлдың көміртегімен Тн.в. бастапқы қалпына келу температурасы оттегі металлдың химиялық амалмен қалпына келуі мен оттегінің көміртекпен химиялық амалы бірдей болып келу температурасына сәйкес болады.
Осы шартқа: аМе=1, аМеО=1 Р=105 Па, металл мен көміртектің оттегі химиялық амалы ∆Gº шамасымен білім реакциясымен бағаланады.
2Ме +О2 = 2МеО ∆GºМеО
2С + О2 = 2СО ∆GºС/СО
Теңдік тәуелділігі ∆Gº көрсетілген реакцияның температураға байланысты түрлері:
∆GºМеО = М1 + N1T
∆GºС/СО = M2 +N2T

Сурет 2. Оксид металлдың көміртекпен бастапқы қалпына келу температурасын оттегіге металл мен көміртектің химиялық амалымен анықтау схемасы
2 суретінде ∆GºМеО мен ∆GºС/СО температураға тәуелділік және Тн.в. анықтау схемасы көрсетілген. Мына 2 суретте бірдей мағына беретін, оттегіге металл мен көміртектің химиялық амалы ∆GºМеО мен ∆GºС/СО сызықтары белгілі бір температурада қиылысады:
∆GºМеО =∆GºС/СО
Осы температура бастапқы қалпына келу оксид металлдың қатты көміртегі Тн.в. температурасына сәйкес келеді.
∆GºМеО мен ∆GºС/СО тәуелділік температурасының оң жағын теңестіру арқылы аналитикалық жолмен температураның бастапқы қалпына келу оксид металлдың көміртегімен табуға болады:
М1 + N1T = M2 +N2T
Онда,
Тн.в.=М2-M1N2-N1Реакцияға сәйкес тәуелділік температурасы ∆Gº - М1, М2, N1 және N2 мағына коэффициентін таблицадан алуға болады. ∆Gº реакциясының пайда болуын МеО мен Ме теңестіру үшін О2 1мольдық есебінде жазылуы тиіс. ∆Gº тәуелділік температурасының мағына коэффициентімен теңестірілуі металл мен оксидтің фазалы және полиморфты айналуына өзгереді. Сондықтан температуралық интервалға сәйкес М мен N мағына коэффициентін есептерде алу керек. Берілген оксидтердің бастапқы қалпына келу температурасының мағынасын графикалық жолмен анықтау үшін, 3 суретте, кейбір металлдардың температураға тәуелділігі ∆GºМеО мен ∆GºС/СО келтірілген.

Сурет 3. ∆GºМеО мен ∆GºС/СО тәуелділік температура тотығу реакциясының туындауы.
Ерітіндіге кеткен қалпына келтірілген металлдың белсенділігі системада аз бірлікте болады. Қалпына келтірілген оксид ерітіндігетүседі, сол кезде аМе<1. Системада химиялық қосылыстың пайда болу орнын алуға болады (Қалпына келу оксиді басқа оксидтермен, қалпына келтірілген металл көміртекпен – карбидпен МехС). Көміртектің тотығу қысымы системада 105Па тең бола бермейді. Қалпына келу процесі ввакумда немесе жоғары қысымда болуы мүмкін. Аталған жағдайлар оттегінің металлға және көміртекке химиялық амалының қалпына келуін өзгертеді. Оксидтің беріктігінің қалыпты емес жағдайында оттегінің потенциалына көңіл аудару керек.
Системада фазалы газдық потенциал оттегінің қатты көміртегісі сол системадағы температура мен қысымға тәуелді
π0(г.ф.)= π0(С/СО)=f(Т,Р)
Бұл тәуелділік көміртегі мен оттегіден түзілген СО теңестіру жағдайдағы реакцияда көрсетіледі:



Реакцияда таза көміртегі графит формасында қатысады, сонда аС=1.
Системада оттегінің өте төмен қысымын РСО=Р деп қабылдауға болады.

МехОх оксиді пайда болған жағдайда, мұндай оксидтің потенциал оттегісі мынаған тең:

Оксид металлдың қатты көміртегімен бастапқы қалпына келутемпературасын қатты көміртектің СО қатысуымен газдық фаза мен оксидтің потенциалды оттегімен теңдік шарты анықталады:

∆GºМе тәуелділік температурасын теңестіру есептеуі бойынша:
∆GºМеО=М1+ N1T ∆GºС/СО =M2+N2T
105Па айырым системада қысым Р мен ерітінді түзілген жағдайда оксид металлдың қатты көміртегімен бастапқы қалпына келу температурасын үшін соңғы формуланы аламыз:

Өзіндік жұмыс нұсқасы
№ Оксид
Давление, в атм.
1 2 3 1 2 3
1 0.2 0.3 0.6 0.9 1.0 2 0.2 0.2 0.5 1.0 1.0 3 0.4 0.3 0.6 0.9 1.0 4 0.4 0.2 0.5 1.0 1.0 5 0.6 0.3 0.6 0.9 1.0 6 0.6 0.2 0.5 1.0 1.0 7 0.8 0.3 0.6 0.9 1.0 8 0.8 0.2 0.5 1.0 1.0 9 1.1 0.3 0.6 0.9 1.0 10 1.1 0.2 0.5 1.0 1.0 11 1.3 1.0 0.3 0.6 0.9
12 1.3 1.0 0.2 0.5 1.0
13 1.4 1.0 0.3 0.6 0.9
14 1.4 1.0 0.2 0.5 1.0
15 1.6 1.0 0.3 0.6 0.9
16 1.6 1.0 0.2 0.5 1.0
17 1.8 1.0 0.3 0.6 0.9
18 1.8 1.0 0.2 0.5 1.0
19 2.0 1.0 0.3 0.6 0.9
20 2.0 1.0 0.2 0.5 1.0
21 2.1 1.0 0.3 0.6 0.9
22 2.1 1.0 0.2 0.5 1.0
1.Оксидтердiң компоненттерiнiң белсендiлiктерiнiң күйiндi және металлдың белсендiлiктерiнiң балқытпасындағы мәндердiң тап қалған күйiнделерi қалпына келтiрудi бас температураны есептеу
2.Тәуелдiлiктiң графикасы құрастыру
3.Қорытынды жасау.
Бақылау сұрақтары:
Не қатты көмiртектi металлдың оксидiнiң қалпына келтiруiн баста температурасымен деп аталады?
Металлдың оксидi және металл таза конденсациялалған фазалар болатында жағдай үшiн қатты көмiртектi металлдың оксидiнiң қалпына келтiруiн баста температурасы қалай есеп айырысады?
Қатты көмiртектi металлдың оксидiнiң қалпына келтiруiн баста температурасына ерiтiндiге қалпына келтiрiлген металлының өткелi қалай ықпал етедi?
Жүйедегi қысымның жоғарылатуы қатты көмiртектi металлдың оксидiнiң қалпына келтiруiн баста температурасына қалай ықпал етедi?
Қатты көмiртектi бұл оксидтiң қалпына келтiруiн баста температурасына ерiтiндiге металлдың оксидiнiң өткелi қалай ықпал етедi?
Әдебиеттер:
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986.
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967, 279 с
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Симбинова К.Ж., Байсанов С.О., Никитин Г.Н. Физико-химия металлургических систем и процессов. Алматы 1993 г.
Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Исследование вязкости жидкостей и оксидных расплавов. Актобе 2005 год
Термодинамика и кинетика процессов диссоциации карбонатов и оксидов: лабораторный практикум. Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Актобе 2005 год.
Симбинова К.Ж. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ. Алма-Ата, 1990, 75 с.
Кислород потенциалының мағынасы фазалық газдың оттек құрамы үшін оттектің қысымы фазалық газда тең болса РO2 фазалық газдың оттектің потенциялы арасындағы берілген күймен ( O2) және стандарттық куйдің оттектін қысымымен: (0О2)
(1)
Күнделікті температураның фазалық газдың кислородтық потенциалының мағынасы ішіндегі оттектің қысымында жоғары болады. Себебі фазалық газдың оттектін потенциялы фазалық газдың қышқылды мүмкіндіктері әр түрлі температура да мөлшерімен қызмет етеді.Газдың құрамының оттек потенциалының мағынасы жоғарланған сайын тотығу
Сонымен қатар фазалық газдың оттектін потенциалының стандарттық өзгерістері Гиббстың энергиясына тең болады, егерде изотермиялық ауысымның 1 малый оттектің 105 Па қысымының мағынасына дейін. Бұл әрекетке байланысты құрамды жанама мүмкіндігі пайда болады жәнефазалық газдың құрылысы басқа оттекқұрамды системалармен масштабтағы шаманың өзгеруі
Оттектің потенциалдық тәуелділігі фазалық газдың оттектік қысымға дейін және температураны графикамен көрсеткен ыңғайлы. Бұл жағдайда теңдікке сәйкес:








откуда получаем

2 реакция үшін:



Өзіндік жұмыс нұсқасы
№ Қоспа құрамы Т,К
СО% CO2 % H2 % H2O% T1 T2 T3
1 5 95 5 95 550 1000 1500
2 10 90 10 90 500 1100 1550
3 85 15 85 15 450 1050 1600
4 75 25 75 25 550 900 1650
5 65 35 65 35 600 950 1700
6 55 45 55 45 650 1000 1700
7 50 50 50 50 700 950 1700
8 45 55 45 55 550 900 1800
9 35 65 35 65 400 1050 1850
10 25 75 25 75 450 1100 1900
11 20 80 20 80 500 1200 1850
12 15 85 15 85 550 1150 1800
13 10 90 10 90 600 1250 1750
14 95 5 95 5 550 1100 1700
15 45 55 45 55 600 1050 1650
16 40 60 40 60 450 950 1600
17 35 65 35 65 400 900 1550
18 30 70 30 70 550 1000 1500
19 70 30 70 30 600 1200 1700
20 65 35 65 35 450 1150 1750
21 60 40 60 40 400 1100 1800
22 55 45 55 45 500 1050 1850
23 50 50 50 50 550 1100 1900
24 45 55 45 55 600 1000 1750
25 40 60 40 60 650 1050 1900

Қорытынды есебі:
1 Берілген газдың құрамын әр түрлі интервалдық температурамен есеп шығару.
2 Тәуелді графикті тұрғызы мен
3 Физикалық газдың тотықтандыру құрылысының мағынасына қорытынды беру.
Сұрақтар:
Оттек потенциалы газдын фазасы дегеніміз?
Егерде газдардын қоспаларында и өзгеретін болса оттектік потенциалы қалай өзгереді?
Температура қалай әсер етеді, егерде газдын құрамындағы
өзгеретін болса?
Тепе-теңдік константасының есептеу әдісі
Химиялық процестердің тепе-теңдік тұрақтысын есептеу Вант-Гоффтың изометриялық теңдеу арқылы жүргізіледі.
∆GoT = - R T ln Kp
Нормальдік туыстықтың мөлшерін немесе Гиббс энергиясының өзгеруін Гиббстің фундаментальді теңдеуі арқылы анықтауға болады, бұл үшін тез арада жылу эффектісінің мөлшерін стандарттық кесте мәліметі арқылы есептейміз және энтропия процесінің өзгеруі үйретілген температурада айналған интегралдық теңдеумен есептер күрделі болады, сондықтан ең алдымен нақты есепке өту үшін ұқсас есептер қолдану керек: бірінші ұқсастық Улих дөрекілік (7), екінші ұқсастық Улих (8) аз дөрекілік, температураның интервалын анықтау үшін ағымдағы процесс таңдалған бағытта ықтимал. Темкин-Шварцманның (9) әдісі металлургиялық практикада дәлме-дәл есептер арасында кең қолданылады.
Химиялық реакцияның тепе-теңдік константы математикалық тәуелділік есебі
Термодинамикалық үшінші негізі бойынша термиялық берілген жалпы есептің тепе теңдігі әртүрлі температурада.
Ln kp = - ∆ GTOR T (2)
Гиббс – Гельмгольцтың теңдеуінен табамыз
∆GTO=∆HTO-T∆STO∆HTO=∆H2980+298T∆CdT∆HTO=∆H2980+298T∆a0+∆a1T+∆a-2T-2dT∆ST0=∆S2980+298T∆a0+∆a1T+∆a-2T-2dTTБірінші Улихтың ұқсастығы
∆С=0, ∆GT0=∆H2980-T∆S2980lnKp=-∆H2980RT-∆S2980RЕкінші Улихтың ұқсастығы
∆С=∆a0, ∆GT0=∆H2980-T∆S2980lnKp=-∆H2980RT+∆S2980R+∆a0Rμ0μ0=lnT298+298T-1Темкин-Шварцманның әдісі
∆С=∆a0+∆a1T+∆a-2T-2∆GT0=∆H2980-T∆S2980-T(∆a0μ0+∆a1μ1+…+∆anμn)
lnKp=-∆H2980RT+∆S2980R+1R(∆a0μ0+∆a1μ1+…+∆anμn)
μn=Tn(n-1)+298n+1T(n-1)-298nnЭнтальпии, энтропии коэффицентінің мағынасы ∆a0+∆a1+…+∆an стандарттық шарт бойынша Темкин-Шварцманның анықтамасынан алынады.
Химиялық реакцияның термодинамикалық есептік сипаттамасы
Жану метанның интервалында 8000÷12000С термодинамикалық зерттеу реакциясы
CH4+202=CO2+2H20Температура бойынша реакция зерттейміз:
T1=1073kT1=1273kT1=1473kСтандарттық шарт бойынша термодинамиканың сипаттамасы арқылы анықтама және есептеу кестесін құрастырамыз.
1 - кесте
№ Реагент ∆H2980 кДж/моль
∆S2980Дж/мольК C=f(T), Дж/моль К
a0a1×10-3a-2×1051 CO2-393,51 213,60 44,14 9,04 -8,53
2 2H20241,84*2= -483.63 188,74*2=377,48 30*2=60 10,71*2=21,42 0,33*2=0,66
3 пр.р.-877.19 591,08 104,14 30,46 -7,87
4 CH4-74,85 186,19 17,45 60,46 -
5 020 205,03*2=410,06 31,46*2=62,42 3,39*2=6,78 -3,77*2=-7,54
6 исх.р.-74,85 596,25 80,37 67,24 -7,54
7 ∆ реак. -802,34 -5,17 23,77 -36,78 -0,33
1-кестеде есепке байланысты термодинамиканың функциясын және температураның коэффицентін стандарттық шарт бойынша зерттелген реакцияның есебін алдық.
∆H2980=-803340Джмоль∆S2980=-5,17Джмоль К∆a0=23,77∆a1=-36,78×10-3∆a-2 =-0,33×105Екінші пунктегі тапсырманы орындау үшін lnKp қарастырамыз тандарттық шарт және теңдеуге назар аударамыз.
lnKp=-∆H2980RT+∆S2980R=--802340-298(-5.17)298K=800799.32476.38=323.3750Kp298=3.9551×10140Қорытынды:G2980=-800799.3<0, а Kp298=3.9551×10140>>1
Айтарлықтай, стандарттық шарт метан жану процессі атмосферада оттегі арқылы ағып кетеді.
Өзіндік жұмысқа арналған нұсқалар
№ Реакция T1Т2Т31 Z n O+H2=Zn+H2O450 700 1200
2 4MnO+S2=4Mn+2SO2450 800 1500
3 Ca O+SO3= CaSO4350 700 1000
4 Mg O+CO2=MgCO3450 800 1300
5 Fe2O3+ 3H2=2Fe+3H2O350 700 1000
6 2CuCl +H2=2Cu+2HCl450 800 1200
7 TiO2+2Cl2=TiCl4+O2450 900 1400
8 FeO+CO=Fe+CO2450 800 1200
9 TiO2+C=Ti+CO2550 900 1500
10 SiO2+2C=Si+2CO550 900 1700
11 6MnO+4Al=6Mn+2Al2O3450 800 1600
12 Ni+H2S=NiS+H2450 800 1000
13 Cu+Cl2=CuCl2500 900 1100
14 Cr2O3+3C=2Cr+3CO 350 700 1300
15 Cr2O3+6HCl=2CrCl3+3H2O350 900 1700
16 4CO+2SO2=S2+4CO2600 800 900
17 FeS+H2O=FeO+H2S350 900 1200
18 MnO+CO=Mn+CO2550 900 1400
19 3FeS2+8 O2=Fe3O4+6SO2450 800 1000
20 Al2O3+3H2=2Al+3H2O550 900 1800
21 NiS+H2=Ni+H2O350 700 1000
Есептік қорытынды:
Әртүрлі реакция үшін термодинамикалық есеп шығару, жылулық эффектің мағынасын анықтау, жылу сыйымдылық изобаралық, изометриялық потенциалы және тепе-теңдік константы берілген әртүрлі температурадағы интеграл.
Тәуелділік графигін құрастыру ∆GT0= f(T) және Kp= f(T)
Химиялық реакцияның Гиббс энергиясының ағуының мүмкіндіктеріне қорытынды жасау және тепе-теңдік констант мағынасының берілген әртүрлі температура интервалын ойлау.
Әдебиеттер тізімі
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967 – 279 сКазачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Симбинова К.Ж., Байсанов С.О., Никитин Г.Н. Физико-химия металлургических систем и процессов. Алматы 1993 г.
Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Исследование вязкости жидкостей и оксидных расплавов. Актобе 2005 год
Термодинамика и кинетика процессов диссоциации карбонатов и оксидов: лабораторный практикум. Симбинов Р.Д., Симбинова К.Ж. Актобе 2005
Симбинова К.Ж. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ. Алма-Ата, 1990, 75 с.
Егер де құрылған ертінділер системасында беріктілік оксидінің сипаттамасы өзгеріледі. Кейбір жағдайларда, егер метал ерітіндісі құрылса металдық фазада, ал оксид ерітінді оксид фазасында теңдеу реакциясы құрылғанда оксид түр қабылдайды (II валентті метал үшін )

(1)
Константа тепе –теңдігі бұл реакцияда белсенділігі арқылы әрекет ету ертінділігіндегі заттар, түр қабылдайды
(2)
Бұл есептен көретіндігіміз
(3)
Сонымен жоғарылау белсенділігі оксидтің (концентрация ерітіндісінің жоғарлауы) шамасына төмендейді, яғни термодинамикалық оксид беріктілігі шоғырлайды, неғұрлым берік болады.
Металл ертіндісі оның белсенділігін төмендетеді [Ме] кішірейтуі (PO2)МеО мағынасын жоғарлатады, яғни термодинамикалық оксид беріктігін төмендетуге әкеледі. Санының есебі үшін құрылған ертіндіге термодинамикалық оксид беріктігін, оттегі потенциалының оксид мағынасын анықтау ынғайлы.
Жалпы жағдайда:
(4)
Үшін аламыз:



QUOTE π0(MeO)=RT*(P02)MeO=2RT*lga(MeO)-2RTlga[Me]-lgKp= =2RT*lga(MeO)-2RTlga[Me]+∆GMeO0

Сондықтан, яғни теңдеудегі бірінші қосылғыш тең болады стандарттың өзгеріс Гиббса энергиясының құрылған оксид реакциясы үшін, сонғы қортынды алдық.
(6)
Кейбір жағыдайлардағы құрылған оксид металының әр түрлі валенттілігі, құрылған оксид реакциясы, 1 моль ретінде O2 жазылатын түрлері.

стехмометрияның коэффициентіне тең және Сонда теңдеу кислородтың потенциалының оксид ортақ түрі түрін алады.
(7)

Өзіндік жұмысқа арналған нұсқа
№ Реакция Белсенділік
а(МеО) Температура интервалы
Т, К
1 2 3 4 Т1Т2Т3
1 Cr+1/2O2=CrO -334442 63.85 1.0 0.7 0.4 0.05 700 1200 2000
2 Ba+1/2O2=BaO -557933 94.83 1.0 0.6 0.3 0.07 800 1500 2100
3 Be+1/2O2=BeO -606249 101.7 1.0 0.7 0.4 0.05 700 1000 2150
4 Ca+1/2O2=СаО -641836 110.20 1.0 0.6 0.3 0.07 800 1300 2100
5 Cd+1/2O2=CdO -278841 114.72 1.0 0.7 0.4 0.05 700 1000 2000
6 Co+1/2O2=CoO -261884 85.83 1.0 0.6 0.3 0.07 800 1200 2100
7 2Li+1/2O2=Li2O -578825 135.86 1.0 0.7 0.4 0.05 900 1400 2150
8 Mg+1/2O2=MgO -728085 202.35 1.0 0.6 0.3 0.07 800 1200 2100
9 Mn+1/2O2=MnO -385186 73.73 1.0 0.7 0.4 0.05 900 1500 2000
10 Mo+1/2O2=MoO2 -545435 142.14 1.0 0.6 0.3 0.07 900 1700 2100
11 2Na+1/2O2=Na2O -421401 147.12 1.0 0.7 0.4 0.05 800 1600 2150
12 Nb+1/2O2=NbO -402067 81.10 1.0 0.6 0.3 0.07 800 1000 2100
13 Pb+1/2O2=PbO -184931 69.08 1.0 0.7 0.4 0.05 900 1100 2000
14 2Rb+1/2O2=Rb2O -336116 145.07 1.0 0.6 0.3 0.07 700 1300 2100
15 Ce+O2=CeO2 -1078101 217.71 1.0 0.7 0.4 0.05 900 1700 2150
16 Si+1/2O2=SiO2 -912237 180.74 1.0 0.6 0.3 0.07 800 900 2100
17 Sn+O2=SnO2 -581756 204.82 1.0 0.7 0.4 0.05 900 1200 2000
18 Sr+1/2O2=SrO -596347 103.46 1.0 0.6 0.3 0.07 900 1400 2100
19 Ta+O2=TaO2 -209340 -20.52 1.0 0.7 0.4 0.05 800 1000 2150
20 Ti+O2=TiO2 -939535 175.76 1.0 0.6 0.3 0.07 900 1800 2100
21 Zn+1/2O2=ZnO -493666 203.98 1.0 0.7 0.4 0.05 700 1000 2000
22 Zr+O2=ZrO2 -1092754 183.8 1.0 0.6 0.3 0.07 800 1600 2100
Қорытынды есебі:
Берілген газдың құрамымен әр түрлі интервалдың температурасымен есеп шығару.
Тәуелді графикті туғызу.
Физикалық газдың тотықтандыру құрылысының мағынасына қорытынды бер.
№ Бастапқы материал Химиялық құрам, (салм.%)
Cr2O3FeOFe2O3Al2O3MgOSiO2ZrO2V2O5TiO2MnOWO3CaOV2O5NiOППП
1 Хром кені (Рай-Из) 36,42 8,73 2,68 6,62 26,57 12,25 – – – – – – – – 6,73
2 Хромкенді шекемтастар 50,59 13,16 6,52 7,39 17,45 – – – – – – 0,32 – – 4,57
3 Ванадий концентраты 1,7 35,3 – – 1,54 20,22 – – 5,4 6,22 – 2,87 14,60 – 12,15
4 Титан концентраты (Сатпаев) 0,06 – 34,5 5,78 – 0,94 0,12 0,46 50,9 – – – – – 7,24
5 Никель кені – 20,0 – 6,42 4,5 44 – – – – – 2,19 – 4,0 18,89
6 Хром кені (Кемпірсай) 50,20 12,10 – – 19,35 7,35 – – – – – 0,34 – – 10,66
7 Хромкенді брикет 50,59 13,16 – 7,69 18,58 6,88 – – – – – 0,43 – – 2,67
8 Хромкенді шекемтастар 51,22 12,79 7,65 7,27 18,5 – – – – – – 0,37 – – 2,2
9 Хром кені (Рай-Из) 41,94 9,55 3,30 7,58 23,55 10,26 – – – – – – – – 3,82
10 Хром брикеті 51,22 12,79 – 7,82 18,39 7,01 – – – – – 0,48 – – 2,29
11 Титан концентраты (Шоқаш) 2,36 – 27,3 2,34 – 3,59 0,15 0,12 55,8 – – – – – 8,34
12 Хромкенді шекемтастар 50,73 13,05 6,78 7,17 18,58 – – – – – – 0,37 – – 3,32
13 Вольфрам концентраты – – – – – 4,5 – – – 16,12 66,0 1,70 – – 11,68
14 Хром кені (Кемпірсай) 49,68 10,95 2,99 7,0 20,38 7,06 – – – – – – – – 1,94
15 Вольфрам концентраты – – – – – 5,1 – – – 18,0 60,12 2,5 – – 14,28
16 Хром кені (Рай-Из) 36,42 8,73 2,68 6,62 26,57 12,25 – – – – – – – – 6,73
17 Никель кені – 32,41 – 4,41 4,5 33,87 – – – – – 2,1 – 3,41 19,3
18 Хромкенді брикет 51,41 12,3 – 6,69 18,45 7,35 – – – – – 0,36 – – 3,44
19 Хромкенді шекемтастар 51,41 12,3 7,07 7,39 18,49 – – – – – – 0,42 – – 2,92
20 Вольфрам концентраты – – – – – 4,98 – – – 17,65 55,36 1,8 – – 20,21
21 Хром кені (Рай-Из) 42,0 9,73 1,74 6,12 24,57 9,35 – – – – – – – – 6,49
22 Хром кені (ЮАР) 45,0 10,6 3,14 8,30 28,45 14,11 – – – – – – – – -9,6
23 Никель кені – 22,45 – 7,45 4,50 35,12 – – – – – 1,51 – 2,0 26,97
24 Хром брикеті 50,73 13,05 – 7,48 17,93 6,94 – – – – – 0,64 – – 3,23
25 Хром шекемтастары (Кемпірсай) 51,73 11,05 4,77 8,17 15,51 – – – – – – 0,37 – – 8,4
26 Хром кені (Рай-Из) 34,23 10,45 2,68 6,32 24,57 11,25 – – – – – – – – 10,5
27 Хром шекемтастары 49,08 13,39 – 8,12 18,47 7,66 – – – – – 0,65 – – 2,63
Сульфид беріктігінің термодинамикалық сипаттамасының сапасы ретінде тепе-теңдік жүйесіндегі күкірт буының қысымы қызмет етуі мүмкін Ме-МеS, аналогиялық шамы ментепе-теңдік қысым оттегісінің жүйесі үшін Ме-МеО серпінділік диссоциациясы деп аталады.
700-12000С температурада күкірт фазалық газ Са үстемдік екі атомдық молекула түрінде табылады. Сондықтан сульфид реакциясының құрылымы II валенттік металдың көмегімен мынадай түрге ие болады:

Тепе-теңдік констанциясының реакциясы:

фазалық газдың күкірттік тепе-теңдік қысымы, сульфид серпенділік диссосациясы деп атайды.
Сандық бағалау сульфидтің беріктілігі үшін кең қолданыста стандарттық шама өзгерісінің Гиббс энергиясының сульфидтің құрылымы, тепе-теңдік қысымының күкірт жүйесіне байланысты:

Бірінші суретте көрсетілген стандарттың өзгерістің Гиббс энергиясының тәуелділігі температурадан реакция үшін құрылған сульфидтік х қатар. Беріктік сульфидке теріс көп мағына ∆GT0 жауап береді. Температура жоғарылыған сайын сульфид беріктілігі төмендейді және теріс мағынада ∆GT0 реакция ұшін сульфид құрылымы төмендейді.
Аналогия бойынша сульфид беріктілігі оксидпен сонымен қатар стандарттық емес шарттар үшін сульфид күкіртінің потенциалы шама бойынша бағалауға болады, фазалық газдың күкірттік потенциалына тең болса, сульфид пен металдық фазаның тепе-теңдігінде табылады:

Стандарт шарты үшін

Ерітіндінің құрылымы және фазалық ауысымдар сульфид күкіртінің потенциалының шамасына әсер етеді.

және белсенділік MeS және Ме жүйеде; -фазалық аусымдағы түзетулер (балқыту,булану )

Сурет 1. Стандарттық өзгерістер Гиббс энергиясының тәуелділігі температурадан сульфид реакциясының құрылымы:
Фазалық газдың сутегідегі бары реакцияның дамуына әкеліп соғады:

Фазалық газдың күкірттік потенциалы

Сульфид ыдыратуының шарты және күкірттің фазалық газга ауысуы теңсіздікпен анықталады
πs(MeS)>πs(г.ф.)Сульфидтің құрылымы металдың күкірттік фазалық газдың арақатынасы есебінен шарт бойынша өтеді.
πs(MeS)<πs(г.ф.)Диаграммада (сурет 1) үшін қосымша шкала берілген және арақатынасы, графикалық әдіспен есеп шешуге болады, байланыстырылған анықтама бағытталған реакция металдың арақатынасымен және фазалық газдың сульфидтік ұқсастығымен, күкірт құрамды.
Өзіндік жұмыс нұсқасы
№ Реакция ∆GT0=М+N*TИнтервал температур Т,КМ,Дж N,ДжТ1Т2Т3Состав смеси
H2Sв% H2в%
1 Cr+1/2S2=CrS -202641 56,10 700 1200 2000 5 95
2 Ba+1/2S2=BaS -544284 123,51 800 1500 2100 10 90
3 Be+1/2S2=BeS -297263 86,67 700 1000 2150 85 15
4 Ca+1/2S2=CaS -548471 103,93 800 1300 2100 75 25
5 Cd+1/2S2=CdS -215620 97,26 700 1000 2000 65 35
6 Ce+1/2S2=CeS -535241 91,02 800 1200 2100 55 45
7 La+1/2S2=LaS -527537 104,25 900 1400 2150 45 55
8 Mg+1/2S2=MgS -409888 94,45 800 1200 2100 35 65
9 Mn+1/2S2=MnS -296719 76,69 900 1500 2000 25 75
10 Mo+S2=MoS2-397746 182,13 900 1700 2100 20 80
11 2Na+1/2S2=Na2S-439614 144,03 800 1600 2150 15 85
12 Ni+1/2S2=NiS -146454 72,01 800 1000 2100 10 90
13 Pd+1/2S2=PdS -163285 88,09 900 1100 2000 95 5
14 2K+1/2S2=K2S-481482 143,61 700 1300 2100 45 55
15 Ga+1/2S2=GaS -276329 110,95 700 1700 2150 40 60
16 Si+S2=SiS2-326570 -139,04 800 900 2100 35 65
17 Sn+S2=SnS2-284702 195,94 900 1200 2000 30 70
18 Th+1/2S2=ThS -463060 94,71 900 1400 2100 70 30
19 U+1/2S2=US -392722 103,92 800 1000 2150 65 35
20 Cu+1/2S2=CuS -115681 76,12 900 1800 2100 60 40
21 Zn+S2=ZnS2-699196 178,36 700 1000 2000 55 45
Есептеудiң қорытындысы:
1.Газды қоспалардың байланысының тап қалған күйiнделерi есептеу температуралардың әр түрлi интервалдарында жасау.
2.Тәуелдiлiктiң графикасы құрастырсын және ,
3.Газды фазаның тотықтырғыш қасиеттерiнiң мәнi қорытынды жасау.
Бақылау сұрақтары:
Металлдың оксидiнiң сульфид потенциалы деген не және факторлар неткен оның шамаларына ықпал етедi?
Металлдың оксидi және газды фазаның сульфид потенциалдарының байланыстарының неткен күйiнделер соңғы металл қарағанда тотықтырғыш сипаты болады, қай осы сульфидпен тепе-тең күйде болады?
Әдебиеттер:
Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.
Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов.
Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483
Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.
М: Металлургия, 1967, 279 сКазачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов, Ю М., «Металлургия», 1986, 288 с.
Талдау: Сутегiнi металлдың оксидiнiң қалпына келтiруiнiң реакциялары үшiн, температураның нақтылы күйiндесiнiң тепе-теңдiктiң тұрақтысының мәнiн анықталсын және тепе-теңдiк газды сутегiнiң мазмұныды араластыр
Сутегiнi металлдың оксидiнiң қалпына келтiруiн реакция екi реакцияның комбинациясымен алына алады:



Сутегiнi металлдың қалпына келтiруiн реакция үшiн тепе-теңдiктiң тұрақтысының мәнi табамыз:

Құрам тепе-теңдiк газды есептеушимiз араластыр. Қаралатын реакция үшiн тепе-теңдiктiң тұрақтысы түр қабылдайды:

Белгiлеймiз:



Өзiндiк жұмыс үшiн варианттар
№ Реакция Т1Т2Т3
1 Cr+1/2O2=CrO -334442 63.85 700 1200 2000
2 Ba+1/2O2=BaO -557933 94.83 800 1500 2100
3 Be+1/2O2=BeO -606249 101.7 700 1000 2150
4 Ca+1/2O2=СаО -641836 110.20 800 1300 2100
5 Cd+1/2O2=CdO -278841 114.72 700 1000 2000
6 Co+1/2O2=CoO -261884 85.83 800 1200 2100
7 2Li+1/2O2=Li2O -578825 135.86 900 1400 2150
8 Mg+1/2O2=MgO -728085 202.35 800 1200 2100
9 Mn+1/2O2=MnO -385186 73.73 900 1500 2000
10 Mo+1/2O2=MoO2 -545435 142.14 900 1700 2100
11 2Na+1/2O2=Na2O -421401 147.12 800 1600 2150
12 Nb+1/2O2=NbO -402067 81.10 800 1000 2100
13 Pb+1/2O2=PbO -184931 69.08 900 1100 2000
14 2Rb+1/2O2=Rb2O -336116 145.07 700 1300 2100
15 Ce+O2=CeO2 -1078101 217.71 900 1700 2150
16 Si+1/2O2=SiO2 -912237 180.74 800 900 2100
17 Sn+O2=SnO2 -581756 204.82 900 1200 2000
18 Sr+1/2O2=SrO -596347 103.46 900 1400 2100
19 Ta+O2=TaO2 -209340 -20.52 800 1000 2150
20 Ti+O2=TiO2 -939535 175.76 900 1800 2100
21 Zn+1/2O2=ZnO -493666 203.98 700 1000 2000
22 Zr+O2=ZrO2 -1092754 183.8 800 1600 2100

Приложенные файлы

  • docx 8122107
    Размер файла: 8 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий