Termodynamika materiálů Ellinghamovy diagramy, Kelloggovy diagramy

Prezentace na téma: "Termodynamika materiálů Ellinghamovy diagramy, Kelloggovy diagramy"— Transkript prezentace:

1 Termodynamika materiálů Ellinghamovy diagramy, Kelloggovy diagramy
9. Ellinghamovy diagramy, Kelloggovy diagramy  Jindřich Leitner

2 Grafická reprezentace rovnovážných poměrů v heterogenních systémech (s)-(g)
 Výroba a zpracování kovů  Vysokoteplotní koroze  Stabilita oxidických materiálů  Pěstování monokrystalů

3 Ellinghamovy diagramy
Reducibility of oxides and sulfides in metallurgical processes Ellingham, H. J. T., Journal of the Society of Chemical Industry, London 63 (1944) The thermodynamics of substances of interest in iron and steelmaking from 0 to 2400°. I. Oxides. Richardson, F. D.; Jeffes, J. H. E., Journal of the Iron and Steel Institute, London 160 (1948)

4 Oxidace kovů ZnO(s) Zn(s,l,g) M B

5 Oxidace uhlíku

6 Ellinghamovy diagramy - použití
Relativní termodynamická stabilita A-AOx-B-BOy Termodynamická stabilita A-AOx, rozkladný tlak O2 Termodynamická stabilita A-AOx-CO-CO2 Termodynamická stabilita A-AOx-H2-H2O Stabilní BO Stabilní AO

7 Relativní termodynamická stabilita A-AOx-B-BOy

8 Ellinghamovy diagramy stupnice O2

9 Ellinghamovy diagramy stupnice O2

10 Ellinghamovy diagramy stupnice CO/CO2

11 Ellinghamovy diagramy stupnice CO/CO2

12 Ellinghamovy diagramy stupnice CO/CO2

13 Ellinghamovy diagramy stupnice H2/H2O

14 Ellinghamovy diagramy stupnice H2/H2O

15 Ellinghamovy diagramy stupnice H2/H2O

16 Ellinghamovy diagramy - příklad použití (1)
Redukční tavení skla z CRT obrazovek Redukce oxidů Pb, Ba a Sr v oxidické tavenině → kovová tavenina Na2CO3 Redukční činidlo (C, Al) Ellinghamův diagram d(Pb) = 11,34 g/cm3, d(Ba) = 3,78 g/cm3, d(Al) = 2,69 g/cm3, d(Sr) = 2,58 g/cm3

17 Ellinghamovy diagramy – různé typy
Diagramy ΔrG° vs. teplota Me-X(g)-MeXn, X = O2, S2, Se2, Te2, F2, Cl2, Br2, I2, N2, H2, … CO, CO2, SO2, SO3, … Me-[X]Me-MeXn, X = O, S, N, C, … [Me]rozp-[X]rozp-MeXn, X = O, S, N, C, … …

18 Diagramy stability fází (Kelloggovy diagramy)
Thermodynamic properties of the system lead-sulfur-oxygen to 1100 K Kellogg, Herbert H.; Basu, S. K., Transactions of the American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers 218 (1960)

19 Diagramy stability fází
Gibbsovo fázové pravidlo: Systém tvořen třemi prvky Fázové složení: (g) + Fs jednosložkových kondzenzovaných fází Koexistencí 4 (s) fází jsou hodnoty T a p jednoznačně určeny Koexistencí 3 (s) fází (při libovolně zvolené teplotě) je hodnota p jednoznačně určena

20 Diagram stability fází v systému Si-N-O (1)
Příklad Systém Si-N-O při T = 1800 K: V rovnováze uvažovány látky Si(l), Si3N4(s), SiO2(s), Si2N2O(s), N2(g) a O2(g) Látka Gom (kJ/mol) Si(l) -78,66 Si3N4(s) -1176,26 SiO2(s) -1095,23 Si2N2O(s) -1176,20 N2(g) -398,85 O2(g) -425,84

21 Diagram stability fází v systému Si-N-O (2)

22 Diagram stability fází v systému Si-N-O (3)
Invariantní bod A Si(l)+Si3N4(s)+SiO2(s) log p(N2) = -2,07, log p(O2) = -17,14 Si3N4(s) + SiO2(s) = 2 Si2N2O(s) ΔrG = -80,6 kJ

23 Diagram stability fází v systému Si-N-O (4)
Nestechiometrický přístup: Látka x y z ΔG (kJ) Si 1 Si3N4 4 3 -24,7 SiO2 2 -39,4 Si2N2O -48,5

24 Kelloggovy diagramy - příklad použití (1)
Oxidace CdSe

25 Kelloggovy diagramy - příklad použití (2)
Halogenové žárovky

26 FactSage/Fact-Web http://www.factsage.com/