Standarditilat. Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 2 - Luento 2. Tutustua standarditiloihin

Samankaltaiset tiedostot
Korkealämpötilakemia

Korkealämpötilakemia

Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta

Sähkökemialliset tarkastelut HSC:llä

Korkealämpötilakemia

- Termodynaamiset edellytykset - On olemassa ajava voima prosessin tapahtumiselle - Perusta - Kemiallinen potentiaali

SISÄLLYSLUETTELO SYMBOLILUETTELO 4

Gibbsin energia ja kemiallinen potentiaali määräävät seosten käyttäytymisen

Sähkökemian perusteita, osa 1

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

Kellogg-diagrammit. Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 1 - Luento 1

(l) B. A(l) + B(l) (s) B. B(s)

Chem-C2400 Luento 3: Faasidiagrammit Ville Jokinen

Kellogg-diagrammit. Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2012 Teema 1 - Luento 1

Ellinghamin diagrammit

Rak Betonitekniikka 2 Harjoitus Rakennussementit, klinkkerimineraalikoostumus ja lämmönkehitys

Käytännön esimerkkejä on lukuisia.


Tärkeitä tasapainopisteitä

Entalpia - kuvaa aineen lämpösisältöä - tarvitaan lämpötasetarkasteluissa (usein tärkeämpi kuin sisäenergia)

JÄÄTYMISPISTEEN ALENEMA Johdanto. 2 Termodynaaminen tausta

Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Torstai klo Termodynamiikan käsitteitä

Spektrofotometria ja spektroskopia

kuonasula metallisula Avoin Suljettu Eristetty S / Korkealämpötilakemia Termodynamiikan peruskäsitteitä

Korkealämpötilakemia

Faasialueiden nimeäminen/tunnistaminen (eutek1sessa) tasapainopiirroksessa yleises1

Korkealämpötilakemia

Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Keskiviikko klo Termodynamiikan käsitteitä

Pehmeä magneettiset materiaalit

Korkealämpötilakemia

5 LIUOKSEN PITOISUUS Lisätehtävät

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

Ruostumattoman teräksen valmistaminen loppupään terässulattoprosessit.

Faasipiirrokset, osa 3 Ternääristen ja monikomponenttipiirrosten tulkinta

Mikroskooppisten kohteiden

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:


Metallurgiset liuosmallit: Metallien ja kuonien mallinnus

MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op)

Teddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

Luku 13 KAASUSEOKSET

Johdanto laskennalliseen termodynamiikkaan ja mikroluokkaharjoituksiin

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Luku 5: Diffuusio kiinteissä aineissa

Kuonien rakenne ja tehtävät

Luento 1 Rauta-hiili tasapainopiirros Austeniitin hajaantuminen perliittimekanismilla

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Puhtaat aineet ja seokset

LUKU 16 KEMIALLINEN JA FAASITASAPAINO

17. Tulenkestävät aineet

Korkealämpötilakemia

Nikkeliraaka-aineiden epäpuhtausprofiilin määritys

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen

Näkökulmia teräksen valmistusprosessien tutkimukseen ja kehitykseen

CHEM-C2200 Kemiallinen termodynamiikka. Työ 2: Kaliumkloridin liukenemisentalpian määrittäminen. Työohje

Rauta-hiili tasapainopiirros

Tekijä lehtori Zofia Bazia-Hietikko

Uutta liiketoimintaa jätteestä tuhkien modifiointi ja geopolymerisointi

Dislokaatiot - pikauusinta

Workshop: Tekniikan kemia OAMK:ssa

Lapin alueen yritysten uudet teräsmateriaalit Raimo Ruoppa

Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä.

Johdanto laskennalliseen termodynamiikkaan ja mikroluokkaharjoituksiin

Työ 1: ph-indikaattorin tasapainovakion arvon määrittäminen spektrofotometrisesti

Sähkökemia. Sähkökemiallinen jännitesarja, galvaaninen kenno, normaalipotentiaali

Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

Kemian opetuksen keskus Helsingin yliopisto Veden kovuus Oppilaan ohje. Veden kovuus

Työ 1: ph-indikaattorin tasapainovakion arvon määrittäminen spektrofotometrisesti

Ratkaisu. Tarkastellaan aluksi Fe 3+ - ja Fe 2+ -ionien välistä tasapainoa: Nernstin yhtälö tälle reaktiolle on:

Kurssin tavoitteet, sisältö ja toteutus

CHEM-A1250 KEMIAN PERUSTEET kevät 2016

POHJANVAHVISTUSPÄIVÄ 2016 PÄÄKAUPUNKISEUDUN ENERGIANTUOTANNON TUHKIEN KORROOSIOVAIKUTUS

Normaalipotentiaalit

Pourbaix-diagrammit. Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 4 - Luento 3

Metra ERW 700. Energialaskuri

Prosessimetallurgian opintosuunta

Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

Prosessimetallurgian opintosuunta

ASPIRIININ MÄÄRÄN MITTAUS VALOKUVAAMALLA

OUTOKUMPU OY 0 K MALMINETSINT~ ARKis~x~,tp~~ JXTEAWEEN SOIJATUTK IMUS Kf SRO AIJALA. Sijainti: 1:'lObOOO

Sulamisen ja jähmettymisen tarkastelu faasipiirroksia hyödyntäen

Seoksen pitoisuuslaskuja

METALLIEN JALOSTUKSEN YLEISKUVA

Ni-OHJELMA. OLIVIININ KOOSTUMUKSEN LASKEMISESTA.

Puolijohteet. luku 7(-7.3)

Prosessimetallurgian opintosuunta

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016

Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta

Ioniselektiivinen elektrodi

EPIONEN Kemia EPIONEN Kemia 2015

Ympäristölupahakemuksen täydennys

Faasipiirrokset, osa 1: Laatiminen sekä 1-komponenttipiirrosten tulkinta

SAMI VESAMÄKI PINTAKEMIAN LABORATORIOTYÖN KEHITTÄMINEN

Liitetaulukko 1/11. Tutkittujen materiaalien kokonaispitoisuudet KOTIMAINEN MB-JÄTE <1MM SAKSAN MB- JÄTE <1MM POHJAKUONA <10MM

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Korkealämpötilakemia

Transkriptio:

Standarditilat Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 216 Teema 2 - Luento 2 Tavoite Tutustua standarditiloihin Miksi käytössä? Millaisia käytössä? Miten huomioitava tasapainotarkasteluissa? 1

Miten standarditilat näkyvät tasapainotarkasteluissa? Tasapainojen määrityksessä keskeisessä roolissa on Gibbsin vapaaenergia (tai liuosten tapauksissa kemiallinen potentiaali) Kemiallinen potentiaali sisältää standardiarvon ja liuosominaisuudet kuvaavan termin: i = i + RTlna i = i + RTlnx i + RTlnf i Miten standarditilat näkyvät tasapainotarkasteluissa? i = i + RTlna i = i + RTlnx i + RTlnf i Tästä seuraa, että aktiivisuus ja aktiivisuuskerroin eivät ole yksiselitteisiä, vaan riippuvaisia valitusta standarditilasta Ilmoitettaessa jonkin aineen aktiivisuus(kerroin) tietyssä liuoksessa on aina ilmoitettava myös käytetty standarditila! 2

Miten standarditilat näkyvät tasapainotarkasteluissa? i = i + RTlna i = i + RTlnx i + RTlnf i Esimerkiksi edellä on todettu, että aktiivisuus saavuttaa arvon 1 puhtaille aineille Oikeampaa olisi sanoa, että aktiivisuus saavuttaa arvon 1, kun aine esiintyy standarditilaisena Jos standarditilaksi on valittu puhdas aine (kuten usein tehdään) niin ensimmäinen väitekin pitää paikkansa 3

Miksi standarditilat? Mittaustekniset syyt Aktiivisuuksien mittaus galvaanisia kennoja käyttäen (mitataan esim. jännitettä) Ei absoluuttisia arvoja On valittava joku nollapotentiaali johon verrataan (esim. puhdas aine) Standarditilat Käytännön laskenta Valitaan sovelluksen kannalta käytännöllisin standarditila Standarditiloja valittaessa voidaan muuttaa...... pistettä, jossa aktiivisuus saavuttaa arvon 1 ja kemiallinen potentiaali saavuttaa standardiarvonsa ( i = i ) Koostumus (Pitoisuudet ja 1 yleisimmät) Olomuoto (Yleensä komponentin tai liuoksen stabiilein olomuoto)... sitä, miten aktiivisuus lähestyy arvoa 1 ja kemiallinen potentiaali standardiarvoaan, kun koostumusta muutetaan Pitoisuuskoordinaattien muutokset Ainemääräosuus, painoprosenttiosuus,... 4

Erilaisista standarditilavalinnoista Jos mahdollista, kannattaa valita käytännön kannalta sopivin vaihtoehto Periaatteessa standarditilat voidaan valita äärettömän lukuisilla eri tavoilla, mutta käytännössä ne rajoittuvat muutamaan yleisimmin käytössä olevaan tapaukseen Pyrometallurgiassa keskeisimpiä Raoultin aktiivisuus Henryn aktiivisuus Kuva: Niemelä (1981) Diplomityö. TKK. Kuva: Chang et al.: Journal of phase equilibria. 18(1997)2, 128-135. 5

Raoultin aktiivisuus, a i R Raoultin aktiivisuus on puhtaan osaslajin suhteen määritetty aktiivisuus Raoultin standarditila on puhtaan osaslajin suhteen määritetty standarditila a i = 1 kun i on puhdas aine i = i + RTlna i R = i + RTln(x i f ir ) = i + RTlnx i + RTlnf i R i on puhtaan osaslajin i kem. potentiaali Henryn aktiivisuus, a i H Henryn aktiivisuus on äärettömän laimean liuoksen suhteen määritetty aktiivisuus Vastaavasti Henryn standarditila on äärettömän laimean liuoksen suhteen määritetty standarditila a i 1 kun i on puhdas aine (paitsi erikoistapauksissa (= ideaaliliuos)) 6

Raoultin ja Henryn lait Raoult: lim f i R = 1 kun x i 1 Henry: lim f i H = 1 kun x i Käytetty pitoisuusmuuttuja ilmoitetaan yleensä (paino)prosentteina; ei mooliosuutena (x i ) lim f i H = 1 kun (p%-i) Henryn laki ei ole kuitenkaan sidottu mihinkään tiettyyn pitoisuusmuuttujaan Raoultin ja Henryn lait 7

Kuva: Elliott, Gleiser & Ramakrishna (1963) Thermochemistry for steelmaking. Volume II. Thermodynamic and transport properties. Raoultin ja Henryn lait Aktiivisuus lähestyy Raoultin lakia, kun x Si 1 Aktiivisuus lähestyy Henryn lakia, kun x Si Sulaan rautaan liuenneen piin aktiivisuus Mikä on a Fe, kun x Fe on,4? Mikä on a Cu, kun x Fe on,7? Mikä on f R Fe, kun x Fe on,2? Mikä on f H Cu, kun [p%] Cu on 35 %? 8

Raoultin ja Henryn lakien mukaiset aktiivisuudet Raoultin ja Henryn lakien mukaiset aktiivisuudet 9

Raoultin lain mukainen atomiprosenttiaktiivisuus Raoultin lain mukainen painoprosenttiaktiivisuus 1

Raoultin mukaisten standarditilojen muuttaminen Henryn mukaisiksi Raoultin mukaisten standarditilojen muuttaminen Henryn mukaisiksi 11

Standarditilojen muuttaminen toisikseen Muutos G Mooliosuus, puhdas aine R T ln(fi R, ) Mooliosuus, ääretön laimennus Mooliosuus, puhdas aine R T ln[(fi R, )/1] at-%, ääretön laimennus Mooliosuus, puhdas aine R T ln[(fi R, Ml)/(1 Mi)] p-%, ääretön laimennus Mooliosuus, ääretön laimennus R T ln[(ml)/(1 Mi)] p-%, ääretön laimennus at-%, ääretön laimennus R T ln(ml/mi) p-%, ääretön laimennus Sulaan rautaan liuenneen piin aktiivisuuskerroin määrättiin seuraavasti: sulan raudan (T = 16 C) ja puhtaan kvartsin SiO 2 (s) annettiin asettua tasapainoon atmosfäärissä, jossa oli 97,55 til-% H 2 ja 2,45 til-% H 2 O ja tämän jälkeen analysoitiin raudan piipitoisuus, joksi saatiin,5 p-%. Mikä on piin aktiivisuuskerroin tällä pitoisuudella sulassa raudassa (T = 16 C), kun standarditilana on puhdas sula pii samassa lämpötilassa? Mikä on piin aktiivisuuskerroin tällä pitoisuudella sulassa raudassa (T = 16 C), kun standarditilana on hypoteettinen 1 p-% piiliuos? G f(h 2 O,1873K) = -34 cal/mol G f (SiO 2,1873K) = -137 cal/mol Si (l) = [Si] Fe (p-%) G = -285-5,8 T (cal/mol) M Si = 28,9 g/mol M Fe = 55,85 g/mol 12