В табл. 3.4 приведены упругости диссоциации РМеО оксидов двух металлов. Будут ли корродировать эти металлы: а) на воздухе; б) в вакууме, давление воздуха в котором равно 103 Па? Температура 1000 °С. Ответ обоснуйте.
Таблица 3.4 Данные для расчета вероятности протекания газовой коррозии
№ РМеО, Па
Ме1 Ме2
37 10‒34 0,2·104
Решение
При решении вопроса о термодинамической возможности газовой коррозии необходимо рассчитать изменение свободной энергии во время реакции окисления или сравнить внешнее парциальное давление окислителя и упругость диссоциации продуктов коррозии металлов (оксидов). Принципиальная возможность протекания реакции окисления металла определяется изобарно-изотермическим потенциалом коррозионного процесса Gт (энергией Гиббса). Если Gт < 0, то коррозия возможна; Gт > 0 – коррозия невозможна; Gт = 0 – имеет место равновесие реакции. Чтобы определить Gт, нужно произвести расчет по формуле:
Gт = RT (lg РМеО – lg PO2), где
РМеО – равновесное парциальное давление кислорода, или упругость диссоциации оксида;
PO2 – фактическое парциальное давление кислорода в смеси газов.
Реакция окисления будет протекать в том случае, когда парциальное давление окислителя в смеси газов будет больше упругости диссоциации оксида этого металла, т.е
. PO2 > РМеО. Реакция высокотемпературного окисления металла будет находиться в равновесии, если парциальное давление кислорода PO2 и упругость диссоциации оксида РМеО станут равными.
Парциальные давления газов в смеси пропорциональны их объемным содержаниям в смеси. В воздухе содержится ≈ 21 % кислорода. Нормальное давление воздуха 101,3 кПа, следовательно, парциальное давление кислорода, содержащегося в воздухе 0,21 · 101,3 кПа = 21,273 кПа.
Для Ме1
а) Gт = RT (lg РМеО – lg PO2)
Gт = 8,314 Дж/моль·К · 1273 К · (lg 10‒34 – lg 21273)
Gт = 10583,7 · (‒34,0 ‒ 4,3) = ‒405355,71 Дж или ‒405,356 кДж.
Gт < 0, следовательно, коррозия возможна.
Или просто сравнив парциальные давления окислителя О2 в воздухе и упругость диссоциации оксида данного металла: 21273 Па > 10‒34 Па.
PO2 > РМеО, следовательно, реакция окисления (коррозия металла) возможна.
б) парциальное давление кислорода в воздухе в вакууме:
0,21 · 103 Па = 0,21·103 Па.
Сравниваем парциальные давления окислителя О2 в воздухе и упругость диссоциации оксида данного металла: 0,21·103 Па > 10‒34 Па
PO2 > РМеО, следовательно, реакция окисления (коррозия металла) возможна.
Для Ме2
а) парциальное давление кислорода, содержащегося в воздухе 21,273 кПа.
Сравниваем парциальные давления окислителя О2 в воздухе и упругость диссоциации оксида данного металла: 21273 Па > 2000 Па, т.е.
PO2 > РМеО, следовательно, коррозия металла возможна.
б) парциальное давление кислорода в воздухе в вакууме:
0,21 · 103 Па = 0,21·103 Па.
Сравниваем парциальные давления окислителя О2 в воздухе и упругость диссоциации оксида данного металла: 0,21·103 Па < 0,2·104 Па
PO2 < РМеО, следовательно, коррозия металла невозможна.
Gт = RT (lg РМеО – lg PO2)
Gт = 8,314 Дж/моль·К · 1273 К · (lg 0,2·104 – lg 0,21·103)
Gт = 10583,7 · (3,3 + 3,7) = 74086 Дж.
Gт > 0, следовательно, коррозия не происходит.
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
