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

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

Ellinghamovy diagramy Reducibility of oxides and sulfides in metallurgical processes Ellingham, H. J. T., Journal of the Society of Chemical Industry, London 63 (1944) 125-33. 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) 261-70. http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/ellingham_diagrams/index.php

Oxidace kovů ZnO(s) Zn(s,l,g) M B

Oxidace uhlíku

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

Relativní termodynamická stabilita A-AOx-B-BOy

Ellinghamovy diagramy stupnice O2

Ellinghamovy diagramy stupnice O2

Ellinghamovy diagramy stupnice CO/CO2

Ellinghamovy diagramy stupnice CO/CO2

Ellinghamovy diagramy stupnice CO/CO2

Ellinghamovy diagramy stupnice H2/H2O

Ellinghamovy diagramy stupnice H2/H2O

Ellinghamovy diagramy stupnice H2/H2O

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

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, … …

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) 70-81.

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

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

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

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

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

Kelloggovy diagramy - příklad použití (1) Oxidace CdSe

Kelloggovy diagramy - příklad použití (2) Halogenové žárovky

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