Использование термодинамики для расчетов реакций
Металлурги, работающие над получением чистых металлов и рафинированием их от нежелательных примесей, почти во всех расчетах используют выражение.
Выражение для К представляет собой математическую форму закона действующих масс, выведенную Гульдбергом и Вааге в 1867 г. (Скорость химической реакции пропорциональна активным массам реагирующих веществ.)
Использование стандартной свободной энергии, например для оценки полноты протекания реакции, возможно лишь в очень ограниченных масштабах. Закон действующих масс устанавливает, что скорость химической реакции пропорциональна активным массам реагирующих веществ.
Стандартное состояние предусматривает, что давление равно приблизительно 1 атм, а концентрация близка к 1 молю. Поскольку большинство реакций не подчиняется этим требованиям, необходимо вывести выражение, включающее эффективные концентрации реагирующих веществ и продуктов реакций.
Для обеспечения возможности термодинамических расчетов в реальных системах Люисом были введены понятия летучести и активности, которые заменяют собой концентрацию.и парциальные давления в уравнении закона действующих масс.
При введении этих величин константа равновесия становится действительно постоянной, не зависящей от концентрации. Летучести имеют размерность давления, а активности — размерность концентрации. В каждом случае эти величины представляют собой эффективные или действительные концентрации.
А + В = С + D
Например, в реакции выражается следующим уравнением:
В большинстве расчетов активности получают обращением к какому-нибудь стандартному состоянию, т. е. к некоторому другому произвольно выбранному состоянию.
Принимая во внимание изложенное выше, поскольку это относится к процессу дуговой плавки с расходуемым электродом, можно считать, что реакции диссоциации нежелательных соединений, раскисления и испарения различных элементов вследствие их низкого парциального давления регулируются кинетикой этих процессов. Однако уточнения характера этих механизмов достигнуть нелегко. Газообразные продукты реакции непрерывно удаляются из зоны реакции. Таким образом, условия для достижения действительного равновесия нигде не соблюдаются, кроме как в жидкой ванне или в плазме дуги. Равновесное давление присутствующих газов обусловлено возможностями откачной системы и скоростью выхода газовых молекул из зон, где эти реакции протекают. Поэтому можно полагать, что в данном случае термодинамические зависимости пригодны только как средство для определения того, будет ли данная реакция иметь место или нет.
Знак и величина Л F не являются показателями скорости реакции. Эта величина характеризует только степень законченности (полноты) данной реакции. По мере того как отрицательные значения Л F убывают и приближаются к положительным, реакция в указанном ранее направлении протекает менее полно и приобретает тенденцию к изменению направления на обратное.
Цель этой работы состояла в том, чтобы показать возможность применения кинетических и термодинамических зависимостей для процесса дуговой плавки с расходуемым электродом, а также подчеркнуть необходимость в развитии экспериментальной техники и теоретических знаний для лучшего понимания этого процесса.
