Термодинамика химической устойчивости сплавов системы Mn-Si (стр. 7 из 7)

17. MnO2 – Mn2O7 – SiO2; (XVII)

18. Mn2O7–SiO2–{O2}; (XVIII)

Примеры расчета:

а) Фазовое равновесие III: MnSi– Mn5Si3 – SiO2

Уравнение реакции, соответствующее данному равновесию:

(1)

Константа равновесия реакции (1):

; (2.1)

Мольные доли компонентов равны единице, поэтому выражение для константы равновесия упрощается:

; (2.2)

Уравнение изотермы химической реакции:

; (2.3)

Энергия Гиббса реакции (1) рассчитывается по формуле:

; (2.4)

С учетом уравнения (2.2):

б) Фазовое равновесие X:

Mn0,85Si0,15 – Mn9Si2 – MnO

Уравнение реакции, соответствующее данному равновесию:

80Mn0,85Si0,15 + 7O2 = 6Mn9Si2 + 4MnO

Константа равновесия реакции (2):

;

Мольные доли компонентов равны единице, поэтому выражение для константы равновесия упрощается:

;

Дальнейшие расчёты аналогичны предыдущему.

в) Фазовое равновесие XI:

α – Mn0,85Si0,15– MnO

Уравнение реакции, соответствующее данному равновесию:

2Mn(α)+O2=2MnO

Константа равновесия реакции (3):

;

Мольная доля чистого вещества равна единице, поэтому выражение для константы равновесия упрощается:

(4)

Равновесие MnO с альфа-фазой является моновариантным, поэтому давление кислорода в газовой фазе, равновесной с конденсированной фазой, будет зависеть от активности марганца в альфа-фазе. Однозначно определить его можно, например, для точки, соответствующей предельной растворимости кремния в марганце. В этой точке мольная доля кремния

, и .

Рис.2.1. Фазовая диаграмма состояния системы Mn-Si-O при 25 0С.

Таблица 2.8 Характеристики фазовых равновесий системы Mn-Si-O при 25 0С

№	Равновесие		Уравнение реакции		, атм.		Равновесный состав фаз
I	Si – Mn11Si19 – SiO2		Si(A) + O2 = SiO2
II	Mn11Si19 – MnSi – SiO2		Mn11Si19 + 8O2 = 11MnSi + 8SiO2
III	MnSi– Mn5Si3– SiO2		5MnSi + 2O2 = Mn5Si3 + 2SiO2
IV	Mn5Si3 – MnSiO3– SiO2		2Mn5Si3 + 4SiO2 + 11O2 = 10MnSiO3
V	Mn5Si3 – Mn5Si2–MnSiO3		6Mn5Si3 + 15O2 = 4Mn5Si2 + 10MnSiO3
VI	Mn5Si2–MnSiO3–Mn2SiO4		2Mn5Si2 + 2MnSiO3 + 9O2 = 6Mn2SiO4
VII	Mn5Si2– Mn3Si – Mn2SiO4		Mn5Si2 + 2O2 = Mn3Si + Mn2SiO4
VIII	Mn3Si –Mn2SiO4 - MnO		2Mn3Si + 5O2 = 2Mn2SiO4 + 2MnO
IX	Mn9Si2 – Mn3Si – MnO		2Mn9Si2 + 3O2 = 4Mn3Si + 6MnO
X	Mn0,85Si0,15–Mn9Si2–MnO		80Mn0,85Si0,15 + 7O2 = 6Mn9Si2 + 4MnO
XI	α – Mn0,85Si0,15– MnO		2Mn(α)+O2=2MnO
XII	α– MnO
XIII	MnO – Mn3O4 – Mn2SiO4		6MnO + O2 = 2Mn3O4
XIV	Mn3O4–Mn2SiO4–MnSiO3		6Mn2SiO4 + O2 = 6MnSiO3 + 2Mn3O4
XV	Mn3O4 – Mn2O3 – MnSiO3		4Mn3O4 + O2 = 6Mn2O3
XVI		Mn2O3 – MnO2 – MnSiO3		2Mn2O3 + O2 = 4MnO2
XVII		MnO2 – MnSiO3 – SiO2		2MnSiO3 + O2 = 2MnO2 + 2SiO2
XVIII		MnO2 – Mn2O7 – SiO2		4MnO2 + 3O2 = 2Mn2O7
XIX		Mn2O7–SiO2–{O2}

Список литературы

1. Гельд П. В., Сидоренко Ф. А. Силициды переходных металлов четвертого периода. М.: Металлургия, 1971. С. 120 – 143.

2. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Под общей ред. Н. П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1997-2000. Т. 3 кн.1. С. 361,383,698

3. «Твёрдые растворы. Химическая энциклопедия»

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4329.html

4. Тюрин А. Г. Термодинамика химической и электрохимической устойчивости сплавов: Учеб. Пособие в 2 ч. Часть 1.Общие принципы. Высокотемпературное окисление. Челябинск: Изд-во ЧелГУ, 2004. 86 с.

5. «Интерметаллиды. Химическая энциклопедия». 02.06.2009.

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1712.html

6. Мосунова Т.В. Термодинамика химической и электрохимической устойчивости сплавов системы Co-Si: дипломная работа // рук. Тюрин А.Г. Челябинск, 2001. 56 с.

7. Тюрин А.Г. Моделирование термодинамических свойств растворов: Учебное пособие; Челябинск: ЧелГУ, 1997. 74 с.

8. О. Кубашевски. Диаграммы состояния двойных систем на основе железа: справ. изд. / пер. с англ. М.: Металлургия, 1985. С. 175 – 179.

9. Могутнов Б. М., Томилин И. А., Шварцман Л. А. Термодинамика сплавов железа. М.: Металлургия, 1984. 208 с.

10. Рузинов Л. П., Гуляницкий Б. С. Равновесные превращения металлургических реакций. М.: Металлургия, 1975. 416 с.

11. База данных «Термические константы веществ».

12. Моисеев и др. Температурные зависимости приведённой энергии Гиббса.

13. Ерёменко и др. Физическая химия неорганических материалов.