O‘zbekiston respublikasi oliy va o‘rta maxsus ta’lim vazirligi s. A. Rasulov, V. A. Grachev
Download 5.01 Kb. Pdf ko'rish
|
QUYMAKORLIK METALLURGIYASI (OXIRGISI)
|
Kimyoviy muvozanat. Kimyoviy reaksiyalar dastlabki moddalarning to‗la
yo‗q bo‗lishigacha o‗tmasdan, balki kimyoviy muvozanat ma‗lum holatga erishganda to‗xtaydi. Amaliy nuqtayi nazardan, muvozanat qaysi tomonga siljiganini bilish muhimdir, chunki bu reaksiyani amalga oshirish mumkinligi haqida, shuningdek, turg‗unlik hamda eng ko‗pi bilan qancha oxirgi mahsulot hosil bo‗lishi to‗g‗risida guvohlik beradi. Bunga o‗xshash masalalarni yechish uchun muvozanatni tavsiflab bera olish va u bog‗liq bo‗lgan parametrlarni topa bilish zarur. Masalan, marten pechi atmosferasida boshqa gazlar bilan bir qatorda karbonat angidrid gazi, uglerod oksidi va kislorod qatnashadi. Reaksiya (2.30) ning yo‗nalishi birinchi navbatda, temperaturaga bog‗liq bo‗ladi. Nisbatan past temperaturalarda muvozanat CO 2 hosil bo‗ladigan tomonga siljiydi, yuqori temperaturalarda esa bu gaz dissotsiatsiyasi ustunlik qiladi. (2.30) reaksiya bitta fazaning o‗zida o‗tadi, ya‘ni reaksiyaga , kiradigan moddalar orasida ajralish sirti 79 bo‗lmaydi. Bunday reaksiyalar gomogen reaksiyalar deb ataladi. Uchta gaz aralashmasida umumiy bosim uchta parsial bosim yig‗indisiga teng: (2.31) Jami bosim suyuqlantirish pechidagi bosimga teng va, odatda, atmosfera bosimiga teng bo‗ladi, ya‘ni р Σ = 0,1 MPa = const. Muvozanat holatida parsial bosimlardan har biri qat‘iy ma‘lum kattalikka ega bo‗ladi. Reaksiya mahsuloti parsial bosimining dastlabki gazlarning parsial bosimlariga nisbatining stexiometrik koeffitsiyentlar darajalaridagi ko‗paytmasi K muvozanat konstantasi deb ataladi. Ayni holdagi parsial bosimlar nisbati ta‘sir etuvchi massalar qonunining xususiy holi hisoblanadi. Umumiy holda aA + b B = c C + dD (2.32) reaksiya uchun ta‘sir etuvchi massalar qonuni muvozanat konstantasini moddalarning konsentratsiyasi orqali aniqlaydi: , - , - , - , - (2.33) Muvozanat konstantasi Gibbs energiyasi bilan Vant-Goff tenglamasi vositasida bog‗lanadi. Bu tenglama kimyoviy reaksiya tenglamasi deb ham ataladi: (2.34) Agar (2.32) reaksiya gaz fazasida sodir bo‗lsa, (2.34) ifoda haqiqiy bo‗ladi. Standart holatda (bunda dastlabki moddalar ham, reaksiya mahsulotlari ham sof ko‗rinishda qatnashadi), ya‘ni ularning bosimi (konsentratsiyasi) birga teng bo‗lganda, (2.34) tenglamaning ikkinchi hadi nolga teng bo‗ladi va 80 ΔG°= -RTlnK m (2.35) Binobarin, muvozanat konstantasi temperaturaga bog‗liq. Agar Gibbs—Gelmgols tenglamasiga (2.35) tenglama qo‗yilsa, quyidagiga ega bo‗lamiz: ( ) (2.36) Bu tenglamani xuddi (2.34) tenglama kabi Vant—Goff keltirib chiqargan va kimyoviy reaksiyaning izobara tenglamasi deb ataladi. Agar muvozanat konstantasi konsentratsiya orqali ifodalangan bo‗lsa, unda kimyoviy reaksiyaning izoxora tenglamasi deb ataladigan d l n K m / d T = D U ° / R T 2 (2.37) munosabat o‗rinli bo‗ladi. (2.36) va (2.37) tenglamalardan issiqlik yutib hosil bo‗ladigan birikmalar yuqori temperaturalarda, ekzotermik birikmalar esa past temperaturalarda ancha turg‗un bo‗lishi kelib chiqadi. Metallurgik jarayonlar muvozanatini ko‗rib o‗tayotganda Le-Shatelye prinsipi muhim ahamiyatga ega. Bu prinsipga ko‗ra, muvozanat holatidagi sistemaga uning birorta parametrining o‗zgarishiga olib keladigan ta‘sir sistemada bu parametrning o‗zgarishiga qarshi ta‘sir ko‗rsatadigan jarayonlarga sabab bo‗ladi. Muvozanat o‗rnatilgandan keyin komponentlardan biri konsentratsiyasining ixtiyoriy ravishda ortishi reaksiyaning o‗tish yo‗nalishini o‗zgartiradi, bu esa Le-Shatelye prinsipiga to‗la mos keladi. Kimyoviy muvozanatning siljuvchan xarakteri sistemada muvozanatning konsentratsiyadan chetga chiqishiga sabab bo‗ladi. Bu spontan (o‗z-o‗zidan) chetga chiqishlar fluktuatsiya deb ataladi. Ajralish sirtiga ega bo‗lgan sistemalardagi muvozanat (bunday sistema geterogen sistema deb ataladi) yuqoridagi (2.33—2.35) tenglamalar yordamida tavsiflanadi. Standart holatda kondensatsiyalangan fazalar birga teng bo‗lgan bosim va konsentratsiyaga ega 81 bo‗ladi. Shu sababdan elementlarni, masalan, quyidagi reaksiya bo‗yicha oksidlanishi uchun , (2.38) va (2.39) bo‗ladi. Bunday holda bosim oksidning dissotsiatsiya elastikligi deb ataladi. Agar reagentlar konsentratsiyasi birga teng bo‗lmasa, unda reaksiyalar eritmalarda sodir bo‗ladi. Bunday holda termodinamik potensiallar deb ataluvchi H, U, G termodinamik kattaliklardan tashqari, muvozanatga moddalarning konsentratsiyasi ham ta‘sir etadi. Bunday holda eritmalar va aralashmalar uchun termodinamik funksiyalar va konsentratsiyalarni birlashtiradigan «kimyoviy potensial» tushunchasidan foydalanilsa qulay bo‗ladi. Hozircha muvozanat holati kimyoviy potensiallaming tengligi bilan aniqlanadi degan postulat kiritamiz. Fazaviy muvozanat. Geterogen sistemalardagi aylanishlarni o‗rganishda termodinamika ikkinchi qonunining muhim qo‗llanishlaridan biri, ko‗pincha Gibbsning fazalar qoidasi deb ataladigan, fazaviy muvozanatning asosiy qonuni hisoblanadi (bu sistemalarda kimyoviy va fizik- kimyoviy aylanishlar bo‗lishi mumkin). Uni misolda kо‗rib chiqamiz. Sistema F fazalardan iborat va uning tarkibida barcha fazalarda ishtirok etadigan K mustaqil komponentlar bor deylik. Muvozanat holatidagi sistemada temperatura va bosim, shuningdek, har qaysi komponentning kimyoviy potensiallari barcha fazalarda bir xil bo‗ladi. Har qaysi fazaning holati temperatura, bosim va barcha mustaqil komponentlarning konsentratsiyasi bilan aniqlanadi. O‗z ichiga K mustaqil komponentlarni olgan istalgan fazaning tarkibini aniqlash uchun ularning miqdorini (K - 1) ko‗rsatish yetarli. Sistemadagi F fazalar holatini tavsiflash uchun tarkibi bo‗yicha F(K – 1) o‗zgaruvchan kattalik va temperaturasi hamda bosimi bo‗yicha ikkita o‗zgaravchan kattalik talab etiladi. Binobarin, F ( K - l) + 2 o‗zgaruvchi zarur. Lekin barcha bu o‗zgaruvchilar mustaqil bo‗lmasdan ba‘zilari bir-biriga bog‗liq bo‗ladi, chunki muvozanatda har bir kom- ponentning turli fazalar orasida 82 taqsimlanishi uning kimyoviy poten- siallarining barcha fazalarda teng bo‗lishlik shartini qoniqtirishi kerak. Mustaqil o‗zgaruvchilar sonini yoki erkinlik darajalari sonini C orqali belgilab, quyidagiga ega bo‗lamiz: C = F ( K - 1) + 2 - ( F - 1 ) K yoki C = K - F + 2. (2.40) Bu munosabat fazaviy aylanishlarning asosiy qonuni yoki Gibbs tenglamasi deb ataladi. Bu qonundan quyidagilar kelib chiqadi: kom- ponentlar soni ortishi bilan erkinlik darajalari soni ortadi va fazalar sonining ortishi bilan kamayadi. C=0 da ayni sistema uchun fazalarning eng ko‗p soni muvozanatda bo‗ladi. Klassifikatsiyalashda sistemalarni fazalar soni bo‗yicha (bir fazali, ikki fazali va h.k.), komponentlar soni bo‗yicha (bir komponentli, ikki komponentli va h.k.) va erkinlik darajalari soni bo‗yicha [variantsiz (C = 0), bir variantli (C = 1), ikki variantli (C= 2) va h.k.] bo‗lish qabul qilingan. Ko‗p fazali, ko‗p komponentli sistemalar (metall, shlak va boshqalar), odatda, ikki qismdan iborat yoki uch qismdan iborat holat diagrammalari bilan xarakterlanadi. 2.3- rasmda termik analiz yordamida holat diagrammasini qurish (suyuqlanuvchanlik diagrammalari) usuli ko‗rsatilgan. 2.3- a rasmda suyuqlanmalar yoki tarkibi turlicha bo‗lgan eritmalarni sovitish egri chiziqlari tasvirlangan, 2.3- b rasmda esa sovitish egri chiziqlari bo‗yicha ikki komponentli sistemaning holat diagrammasi ko‗rsatilgan. |
