загрузка...

трусы женские
загрузка...
Реферати » Реферати по металургії » Термодинамічні характеристики розплавів на основі заліза

Термодинамічні характеристики розплавів на основі заліза

1 ТЕРМОДИНАМІКА РОЗЧИНІВ

1.1 Основні поняття

1.1.1 Ентальпія.

Величина рівна (E + PV), часто зустрічається в термодинамічних розрахунках процесів, що відбуваються в системах при постійному тиску; її позначають через Н і називають ентальпією і іноді теплосодержанием.

Таким чином,

, де Е - внутрішня енергія системи;

Р - тиск в системі;

V - об'єм.

З визначення ентальпії випливає, що вона, подібно енергії, є функцією стану системи, так як вона виражена через енергію (функцію стану) і змінні стану P і V. Отже, зміна ентальпії для будь-якого термодинамічного циклу (циклічного процесу) одно нулю.

Якщо процес не циклічний, то при постійному тиску зміна ентальпії системи одно отриманої нею (системою) теплоті:

.

Таким чином, для изобарического процесу обмениваемая між системою і зовнішнім середовищем теплота представляє різницю між початковою і кінцевою ентальпією самої системи і не залежимо від шляху досягнення кінцевого стану системи. Цей висновок випливає з рівняння (2) і спочатку встановленого факту, що ентальпія системи є функцією лише її стану. Слід підкреслити, що рівняння (2) застосовне лише до системи при постійному тиску, так як теплота q взагалі є не тільки функцією початкового і кінцевого станів, але залежить також від шляху процесу. [2]
1.1.2 Ентропія.

Нехай дві системи з термодинамічними імовірностями W1 і W2 утворюють одну складну систему, для якої термодинамічна ймовірність W1 + 2. Так як кожен спосіб, яким здійснюється стан першої системи, може поєднуватися з усіма способами здійснення другої системи, то загальне число способів, якими може бути здійснена складна система, становить:

Ця властивість мультипликативности робить функцію W незручною для безпосередніх розрахунків. [1]

Характеризувати в цьому сенсі стан системи виявилося зручніше не самої ймовірністю здійснення даного макросостоянія, а величиною, пропорційної її логарифму. Ця величина називається ентропією. Ентропія
(S) пов'язана з числом (W) рівноймовірно мікроскопічних станів, якими можна реалізувати дане макроскопическое стан системи, рівнянням:

де k - коефіцієнт пропорційності

Найменшу ентропію мають ідеально правильно побудовані кристали при абсолютному нулі. Ентропія кристала, в структурі якого наявні якісьабо неправильності, вже при абсолютному нулі в кілька разів більше, так як порушення ідеальності можуть реалізуватися не єдиним способом. З підвищенням температури ентропія завжди зростає, так як зросте число способів їх розташування. Зростає вона також при перетворенні речовини з кристалічного стану в рідкий і, особливо, при переході з рідкого стану в газоподібний. Змінюється ентропія і при протіканні хімічних процесів. Ці зміни зазвичай особливо великі в разі реакцій, що призводять до зміни числа молекул газів: збільшення числа газових молекул призводить до зростання ентропії, зменшення - до її зниження. [4]
Зміна ентропії при різних процесах. Ентропія це функція, диференціал якої дорівнює. З определительного співвідношення:

, де - приріст теплоти, випливає, що для будь-якого оборотного процесу, що протікає при постійній температурі, зміна ентропії системи:

.

Для процесів, що протікають при постійних тиску і температурі, маємо:

.

Для термодинамічної речовини, нагрітого і охолодженого при постійному тиску,

, де СР - теплоємність речовини при постійному тиску; і, отже,

Точно також при нагріванні і охолодженні речовини при постійному обсязі маємо: [2]

Якщо система ізольована від навколишнього середовища, то і, отже,. Перебіг будь-якого самовільного процесу характеризується нерівністю:

.

Отже, в замкнутій системі такі процеси супроводжуються збільшенням ентропії. При рівновазі ентропія замкнутої системи залишається постійною. [1]

1.1.3 Енергія Гіббса.

Термодинамічні характеристики реакцій включають значення теплових ефектів і величини - стандартного зміни вільної енергії для відповідних реакцій. [5]

Зміна енергії Гіббса системи є основною термодинамічної характеристикою хімічної реакції. Для визначеності вихідні речовини і продукти реакції приймають зазвичай знаходяться у їх стандартних станах.
Відповідну величину і називають стандартної енергією Гіббса хімічної реакції. [6]

Залежність від різних реакцій від температури з достатньою точністю виражається формулою:

Коефіцієнти М і N для різних реакцій наведені в довідковій літературі. Ці коефіцієнти визначаються на основі узагальнення експериментальних даних по равновесиям різних реакцій. Величини M і N близькі до середніх значень теплових ефектів () і зміни ентропії
() для відповідних реакцій: [5]

.

В деяких довідкових виданнях наведені не енергії Гіббса речовин
GT, а наведені енергії Гіббса ФТ, які пов'язані з GT співвідношенням:

.

Для енергії Гіббса реакції aA + bB = cC + dD, як і для деяких інших величин, застосовно вираз:

Відповідно до другого закону термодинаміки, енергія Гіббса при необоротних процесах може тільки спадати. Звідси випливає, що є критерієм напрямки і повноти протікання реакції між речовинами, узятими в стандартному стані. Реакція може протікати тільки в тому напрямку, який характеризується від'ємним значенням, тобто реакція завжди йде в напрямку зниження енергії Гіббса системи. Якщо
, то це вказує на рівновагу між реагентами в їх стандартних станах (реакція не йде). Повнота протікання реакції характеризується константою рівноваги К, пов'язаної з рівнянням ізотерми:.
Оскільки R = 8,3192 Дж / (моль * К):.
При переході до десятковим логарифмам отримуємо:.

Користуючись цим рівнянням, можна за відомим значенням визначити константу рівноваги реакції, і знайти необхідні для практики рівноважні концентрації та інші характеристики. Наприклад, для реакції отримання TiC (), виходячи з останнього рівняння і температурної залежності, можна отримати наступний вираз для константи рівноваги: ??

1.1.4 Екстенсивні, інтенсивні властивості; парціальні величини.

Екстенсивними називають властивості, які залежать від кількості речовини: V, H, S, G і т.д. Для визначення екстенсивного властивості g розчину необхідно підсумувати інтенсивні (парціальні молярний) характеристики компонентів, помножені на відповідні числа молей ni. Наприклад, для ентальпії розчину маємо, або для 1 моля розчину:

.

Інтенсивні властивості розчину - властивості, які не залежать від кількості речовини, такі, наприклад, як температура, тиск. До числа інтенсивних належать і парціальні молярний характеристики. Інтенсивні властивості являють собою приватні похідні від відповідних екстенсивних властивостей розчину по числу молей даного компонента при постійних температурі, тиску і числах молей інших компонентів:

.

Таким чином, являє собою прирощення властивості нескінченно великої кількості розчину при додаванні 1 благаючи i-того компонента.
Наприклад, парциальний молярний об'єм компонента в розчині заданого складу показує, на яку величину зміниться обсяг цього розчину (взятого в нескінченно великій кількості) при додаванні 1 благаючи даного компонента.
[6]

1.2 Розчини

Розчином називається однорідна суміш, що складається з двох або більшої кількості речовин, склад якої у відомих межах може безперервно змінюватися.

Однорідними є і хімічні сполуки, проте їх склад не може змінюватися безперервно, так як вони підкоряються законам сталості складу і кратних відносин.

1.2.1 Ідеальні розчини

Мета термодинамічної теорії розплавів полягає в тому, щоб зв'язати різні властивості розчинів і знайти способи передбачення властивостей розчинів, з властивостей чистих компонентів. Зважаючи дуже складного характеру взаємодії компонентів в розчинах рішення цієї задачі в загальному вигляді неможливо. Тому доцільно спочатку розглянути ідеалізовані випадки, в яких можна відокремити головні риси явища від другорядних. [1]

Розчин називається ідеальним, якщо: а) теплота змішання дорівнює нулю, б) зміна обсягу при змішанні чистих компонентів одно нулю

, в) парціальний тиск пари кожного компонента пропорційно його молярної частці. Це означає, при всіх концентраціях дотримується закон Рауля за умови, що пари слідують законам ідеальних газів і, отже, парціальні тиску дорівнюють летючим. [7]

Ідеальним називається розчин, в якому дотримується закон Рауля при температурах і тисках, при яких можливе його існування. Закон
Рауля свідчить, що для обмеженого числа розчинів парціальний тиск кожного компонента pi одно твору молярної частки компонента xi на пружність пара в його чистому вигляді (тиск пари чистого компонента):
[2]

Теплота освіти ідеального розчину. Оскільки, сумарна енергія взаємодії частинок при утворенні ідеального розчину з чистих компонентів не змінюється (такі розчини називають досконалими), парціальні об'єми компонентів і їх парціальні ентальпії будуть рівні відповідним Мольную характеристикам:. [6] Таким чином, теплота випаровування компонента в ідеальному розчині дорівнює теплоту випаровування його в чистому вигляді. [2] У цьому випадку ентальпія розчину адитивно складаються з мольних величин:

де Нідеальн - ентальпія 1 благаючи ідеального розчину;

- Ентальпія всіх компонентів розчину до змішання.

З цього випливає, що ентальпія, або теплота змішання для ідеального розчину, дорівнює нулю, тобто [2]

.

Зміна обсягу при утворенні ідеального розчину. Можна показати таким же чином, як це було зроблено вище, що зміна обсягу при утворенні ідеального розчину по відношенню до адитивного одно нулю.

Як було сказано раніше,, тобто парциальний обсяг компонента ідеального розчину дорівнює молярному обсягом чистого компонента. Підставляючи значення для кожного компонента в рівняння аддитивного складання характеристик розчину, отримаємо:

де Vідеальн - обсяг 1 моля ідеального розчину;

- Обсяг усіх компонентів розчину до змішання.

1.2.1.1 Досконалі розчини.

Як вже говорилося, ідеальний досконалий розчин представляє

Сторінки: 1 2
загрузка...
ur.co.ua

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар