Sähkökemialliset tarkastelut HSC:llä Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 4 - Luento 5 Tavoite Oppia hyödyntämään HSC-ohjelmistoa sähkökemiallisissa tarkasteluissa 1
Sisältö Sähkökemiallisiin reaktioihin ja vesiliuoksiin liittyvistä merkinnöistä HSC:ssä Vesiliuosten termodynaamisesta datasta Puhdas aine -data Liuosmallit Yksittäiset reaktiot (tasapainovakiomenetelmä) Useamman reaktion systeemit (optimointimen.) Pourbaix-piirrokset Vesiliuosten ominaisuuksien laskenta Merkinnät HSC:ssä (a) viittaa vesiliuoksessa olevaan aineeseen esim. CuCl(a) Sähkövaraus ilmaistaan a-kirjaimen edellä esim. Cu(+a), Cu(+2a), CuCl2(-a), CuCl3(-2a) Tietokannasta (H, S and Cp Database) haettaessa voi rajata veteen liuenneet aineet joko osaksi hakua tai haun ulkopuolelle Type Filters: Aqueous Ions, Aqueous Neutrals 2
Taulukkodata HSC:ssä (1/2) Puhdas aine -data Veteen liuenneille aineille on annettu vastaavat taulukkoarvot kuin puhtaillekin aineille Standardientalpia ja -entropia C P -funktion (Kelleyn yhtälö) kertoimet A, B, C ja D Arvot eivät kuvaa stabiilia puhdasta ainetta, vaan standarditilaa veteen liuenneelle komponentille Hypoteettinen tilanne, jossa tarkasteltava komponentti esiintyy vesiliuoksessa pitoisuudella 1 ks. H, S and Cp Database Taulukkodata HSC:ssä (2/2) Liuosmallit Vesiliuoksia kuvaavat liuosmallit ovat sisäänrakennettuna HSC:ssä Eivät luettavissa kuten puhdas aine -data Käytettävissä eri moduuleista Aqueous Solutions (Davies = Laajennettu Debye- Hückel, Pitzerin malli, Harveyn modifikaatio) Equilibrium Compositions (Aqua = Pitzer) Eh-pH Diagrams (Ideaalioletus, Davies) Ei-tunnettujen lämpötilariippuvuuksien mallinnus Criss-Cobble valittavissa eri moduuleissa 3
Yksittäisten reaktioiden tarkastelu Tarkastelu Reaction Equations -moduulilla vastaavalla tavalla kuin muillekin reaktioille Huomiotavia asioita: Merkinnät: (a), (+a), (-a), jne. Sähkövaraukset Ioneilla oikeat varaukset/hapetusasteet (Fe(+2a), Fe(+3a)) Varaustase Useamman reaktion systeemit Vastaavalla tavalla kuin muutkin tasapainotarkastelut Equilibrium Compositions -moduulilla Vesifaasin mallinnus: Ideal tai Aqua (Solution Model) Muista sisällyttää vesifaasiin myös H 2 O! Mitä osaslajeja halutaan huomioida/mallintaa? Criss-Cobble lämpötilariippuvuuksien mallinnuksessa Sähkökemialliset kennot File New Empty File (Cell Mode) Jokaiselle faasille määritettävä tyyppi/olomuoto (Type) ja kapasitanssi (Capacitance) sekä mainittava, jos kyse on elektrodista (Electrode) 4
Pourbaix-piirrokset Laaditaan Eh-pH Diagrams -moduulilla Valitaan alkuaine(et) Valitaan huomioitavat osaslajit Valitaan lämpötila(t) Valitaan alkuaine(id)en molaalisuus Parameters and Axes -kohdasta voi tarkentaa määrittelyä Dielektrisyysvakio, veden muodostumis-gibbsin energia, ionivahvuus Epäideaalisuuden huomiointi: Davies Lämpötilariippuvuuksien mallinnus: Criss-Cobble Potentiaaliasteikko Vesiliuosten ominaisuuksien laskenta 1-komponenttisysteemissä tapahtuvat muutokset Water Calculator -moduulilla T 1 ja p 1 T 2 ja p 2 (lukuarvot tai kuvaajasta) Termodynaamiset tilansuureet muutokselle Vesipohjaisen liuossysteemit Aqueous Solutions -moduulilla Syötetään lämpötila sekä osaslajit pitoisuuksineen Liuoksen termodyn. ominaisuuksien laskenta eri liuosmalleilla Davies, Pitzer, Harvey 5