Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων – Μεταλλουργών Εργ. Μεταλλουργίας Ε.Μ. Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων – Μεταλλουργών Εργ. Μεταλλουργίας Μεταλλουργία Σιδήρου – Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία 5o Μάθημα: Θερμοδυναμική αντιδράσεων αναγωγής – Εντροπία, Ελεύθερη Ενθαλπία Δρ. Α. Ξενίδης

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Εντροπία Επινοήθηκε από τον Clausius Παρατήρησε ότι σε μια ιδανική αντιστρεπτή μεταβολή, υπό σταθερή θερμοκρασία, το πηλίκο της θερμότητας που ανταλλάσσει το σύστημα με το περιβάλλον του, προς την απόλυτη θερμοκρασία υπό την οποία συμβαίνει η μεταβολή είναι ένα σταθερό μέγεθος Ορίζεται: Όπου dQ : η θερμότητα που ανταλλάχθηκε κατά αντιστρεπτό τρόπο κατά τη μετάβαση μια κατάσταση σε μια άλλη Τ : η θερμοκρασία στην οποία πραγματοποιήθηκε η αλλαγή Για σταθερή πίεση Για σταθερό όγκο Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Εντροπία του Zn Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Εντροπία Αντιπροσωπεύει το τμήμα εκείνο της εσωτερικής ενέργειας που δεν μπορεί να μετατραπεί σε εξωτερικό έργο Αποτελεί μέτρο της αταξίας ενός συστήματος Κάθε αυθόρμητη αντίδραση οδηγεί στην πιο πιθανή κατάσταση και συνοδεύεται από αύξηση της εντροπίας Η πιο πιθανή κατάσταση έχει τη μεγαλύτερη αταξία και τη μεγαλύτερη εντροπία Παράδειγμα: πάγος – υγρό – στερεό Αυθόρμητη μεταβολή: Ισορροπία: Εντροπία αντιδράσεων Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Ελεύθερη Ενθαλπία Διαφορά μεταξύ της εσωτερικής ενέργειας και της δεσμευμένης ενέργειας Υπό σταθερό όγκο (Ελεύθερη ενέργεια κατά Helmholtz) A = E - TS Υπό σταθερή πίεση (Ελεύθερη ενέργεια κατά Gibbs): G = H - TS Οι απόλυτες τιμές του H (και επομένως και του G) είναι άγνωστες, αλλά οι μεταβολές του μετρήσιμες ΔG = ΔH - TΔS ΔG < 0 αυθόρμητη αντίδραση ΔG = 0 αντίδραση σε ισορροπία ΔG > 0 αδύνατη αντίδραση Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Ελεύθερη ενέργεια του Zn Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Ελεύθερη ενθαλπία αντιδράσεων Παράδειγμα: Να υπολογιστεί η ελεύθερη ενθαλπία της αντίδρασης Ca(OH)2(s) + CO2(g) = CaCO3(s) + H2O(l) Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Πρότυπη ελεύθερη ενθαλπία σχηματισμού ενώσεων (ΔGof, 298) Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Χημική ισορροπία – Εξίσωση Van’t Hoff Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Διαγράμματα Ellingham Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Διαγράμματα Ellingham Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Αναγωγή οξειδίων του Fe με CO Αναγωγή: Fe2O3  Fe3O4  FeO  Feο 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 ΔΗο298 = -12,53 kcal (1) Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 ΔΗο298 = +9.67 kcal (2) FeO + CO = Feo + CO2 ΔΗο298 = -4,43 kcal (3) Fe2O3 + CO = 2Feo + 3CO2 ΔΗο298 = -6,59 kcal (συν) Ο βουστίτης είναι μεταστασταθής κάτω από τους 570οC, ισχύει Fe3O4 + CO = 3Feο + 4CO2 ΔΗο298 = -3,62 kcal (4) Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Αναγωγή οξειδίων του Fe με CO Αναγωγή: Fe2O3  Fe3O4  FeO  Feο FeO + CO = Feo + CO2 ΔΗο298 = -4,43 kcal (3) ΔGo1000 = 0,88 kcal ΔGo1250 = 2,2 kcal ΔGo1500 = 3,51 kcal Δηλαδή είναι θερμοδυναμικά ΑΔΥΝΑΤΗ υπό πίεση 1 atm για Τ=1000οΚ: logK = -0.1923 και K = 0,64217  (ptot = 1 atm) PCO = 0,6, pCO2=0,4 atm Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Αναγωγή οξειδίων του Fe με CO Αναγωγή: Fe2O3  Fe3O4  FeO  Feο FeO + CO = Feo + CO2 ΔΗο298 = -4,43 kcal (3) ΔGo1000 = 0,88 kcal ΔGo1250 = 2,2 kcal ΔGo1500 = 3,51 kcal Δηλαδή είναι θερμοδυναμικά ΑΔΥΝΑΤΗ υπό πίεση 1 atm για Τ=1000οΚ: logK = -0.1923 και K = 0,64217  (ptot = 1 atm) PCO = 0,6, pCO2=0,4 atm Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Μεταλλουργία Fe I

Θερμοδυναμικές ιδιότητες Μεταλλουργία Fe I