Теория металлургических процессов
  5.2 Направление реакций в системе MeCO3 - MeO - CO2

О возможности произвольного протекания реакции термической диссоциации карбоната, которая в общем случае может быть описана уравнением

можно судить, исходя из величины изменения энергии Гиббса. При протекании реакции (5.6) в условиях отличных от стандартных

Если MeO и MeCO3 являются чистыми веществами, из уравнения (5.7) получим

Из уравнения (5.8) видно, что численное значение изменения энергии Гиббса реакции (5.6) при заданной температуре определяется соотношением между упругостью диссоциации карбоната и фактической величиной парциального давления в газовой фазе. Первая из этих величин отражает свойства карбоната и зависит только от температуры, вторая не зависит от температуры и является характеристикой среды, в которой находится карбонат.

Между этими величинами возможны следующие соотношения:

Сказанное выше иллюстрируется схемой на рисунке 5.1а. Точки, лежащие вне кривой, отвечают произвольным значениям PCO2(ф). Точки, расположенные на кривой, относятся к равновесным системам и описывают зависимость упругости диссоциации карбоната от температуры.

График для определения направления реакций образования и термической диссоциации карбонатов

Рисунок 5.1 – График для определения направления реакций образования и термической диссоциации карбонатов: а – при любом парциальном давлении СО2 в газовой фазе; б – при постоянном давлении СO2 в газовой фазе

Область выше кривой соответствует неравновесным системам, в которых и реакция (5.6) протекает в направлении образования карбоната. Область ниже кривой отвечает неравновесным системам, в которых . В этих условиях реакция (5.6) протекает в направлении диссоциации углекислых соединений.

На практике часто возникает необходимость определить направлении реакции в среде заданного состава, например, в атмосферном воздухе. Принцип решения такой задачи иллюстрируется схемой на рисунке 5.1б. В этом случае PCO2(ф) – постоянная величина, показанная на графике прямой параллельной оси абсцисс. Из рисунка видно, что условие PCO2(ф) = PCO2(MeCO3) может выполняться только при одной температуре, которую называют температурой начала разложения в газовой фазе с постоянным парциальным давлением CO2(T(p)).

При и диссоциация карбоната не возможна. При и реакция (5.6) протекает в направлении диссоциации карбоната.

При температурах вблизи T(p) диссоциация карбоната протекает с малой скоростью. Быстрое разложение карбоната, которое называют химическим кипением, начинается, когда упругость его диссоциации становится равной общему давлению над твердыми фазами (Pобщ).

В качестве примера выполним расчет температур начала разложения и химического кипения в атмосферном воздухе карбоната кальция, упругость диссоциации которого при различных температурах рекомендуется рассчитывать по уравнению

  5.2 Направление реакций в системе MeCO3 - MeO - CO2
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ