молибден температура химический реакция




Для вычисления термодинамических функций H°(T)-H°(0), S°(T), Ф°(Т), G°(Т)-G°(0) заданного вещества Мо, в интервале температур 100-500 К с шагом 25 К используем табличные значения термодинамических функций Ср(Т), S0(100) и H0(100)-H0(0), приведенные в источнике [1]. Расчет термодинамических функций при температурах 100, 200, 300, 400, 500 К производим по формулам из источника [2]:

а) изменение энтальпии

 

(1)

б) изменение энтропии (2)

в) изменение энергии Гиббса (3)

г) изменение приведенной энергии Гиббса:

, (4)

 

где:

- высокотемпературная составляющая стандартной энтальпии;

- значение стандартной теплоёмкости;

- стандартная энтропия индивидуального вещества при указанной температуре;

- приведённая энергия Гиббса;

- разность стандартных энергий Гиббса при заданной температуре и при 0 К.

Для обеспечения точности вычисления термодинамических функций индивидуального вещества при указанных температурах с ошибкой не выше ~1%, стоградусный интервал, с которым приведены теплоемкости в источнике [1], разбивается на четыре равные части, и проводятся вычисления термодинамических функций и c шагом 25К, что достигается с помощью аппроксимации уравнений.

Выполнение расчетов термодинамических функций индивидуального вещества осуществляется с помощью специальной компьютерной программы в компьютерном классе.

Значение термодинамических функций C0(T) и C0(T)/T для индивидуального вещества Мо приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Значение функций С0(Т) и С0(Т)/Т для Мо

Т, К С0(Т), Дж/моль* К С0(Т)/Т
  13.5200 0.1352
  16.4035 0.1294
  18.6039 0.1226
  20.2560 0.1151
  21.4800 0.1074
  22.3808 0.0998
  23.0486 0.0926
  23.5582 0.0859
  23.9700 0.0799
  24.3289 0.0747
  24.6651 0.0702
  24.9938 0.0664
  25.3150 0.0633
  25.6140 0.0605
  25.8611 0.0508
  26.0113 0.0552
  26.0050 0.0520

Примечание: С0(Т) - теплоёмкость вещества, рассчитывается при P=const.

 

Таблица 2 - Значение функций H0(T)-H0(0),S0(T), Ф0(Т), G0(T)-G0(0) для Мо.

Т,К Н0(Т)-Н0(0), кДж/моль S0(T), Дж/моль*К Ф0(Т), Дж/моль*К G0(T)-G0(0), кДж/моль
  0.4910 6.9970 2.0870 -0.20870
  2.3147 19.2112 7.6376 -1.52752
  4.6089 28.5049 13.1418 -3.94255
  7.0748 35.5721 17.8850 -7.15400
  9.6544 41.3582 22.0495 -11.02474

 

Примечание:

Н0(Т)-Н0(0)-изменение энтальпии;

S0(T)-энтропия; Ф0(Т)-приведённая энергия Гиббса;

G0(T)-G0(0)-изменение энергии Гиббса.

Вывод: При вычислении термодинамических функций с помощью готовых программ мы показали, что ошибка в расчетах не превышает 1 %, в сравнении с приложением А [1]. Из результатов вычислений видно, что, так как функция является возрастающей функцией температуры, то , являются возрастающими функциями температуры, что и следует из законов термодинамики (графики 1-3).

 

1.2 Описание химических свойств вещества Mo

 

Молибде́н - d элемент <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82>. Находится в побочной подгруппе шестой группы пятого периода периодической системы химических элементов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2> Д. И. Менделеева <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B5%D0%B2,_%D0%94%D0%BC%D0%B8%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%B9_%D0%98%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87>, атомный номер <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%80> 42. Обозначается символом Mo (лат. <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA> Molybdaenum). Электронная формула: 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d5.

Простое вещество <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B5_%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE> молибден - переходный <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D1%8B> металл <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB> светло-серого цвета <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B2%D0%B5%D1%82>. Главное применение находит в металлургии <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D1%83%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F>.

История и происхождение названия

Открыт в 1778 году <https://ru.wikipedia.org/wiki/1778_%D0%B3%D0%BE%D0%B4> шведским химиком Карлом Шееле <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%B5%D0%B5%D0%BB%D0%B5,_%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%BB_%D0%92%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%B3%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC>, который, прокаливая молибденовую кислоту, получил МоО3 <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4_%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B0(VI)>. В металлическом <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB> состоянии впервые получен П. Гьельмом в 1782 <https://ru.wikipedia.org/wiki/1782> г. восстановлением оксида углём: он получил молибден, загрязненный углеродом <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%B4> и карбидом <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%B4> молибдена. Чистый молибден в 1817 году <https://ru.wikipedia.org/wiki/1817_%D0%B3%D0%BE%D0%B4> получил Й. Берцелиус <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%80%D1%86%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%83%D1%81,_%D0%99%D1%91%D0%BD%D1%81_%D0%AF%D0%BA%D0%BE%D0%B1>.

Название происходит от др.-греч. <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D0%B3%D1%80%D0%B5%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA> μόλυβδος, означающего «свинец». Оно дано из-за внешнего сходства молибденита <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%82> (MoS2), минерала <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BB> из которого впервые удалось выделить оксид <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4> молибдена, со свинцовым блеском <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%82> (PbS). Вплоть до XVIII <https://ru.wikipedia.org/wiki/XVIII> в. молибденит <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%82> не отличали от графита <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%82> и свинцового блеска, эти минералы носили общее название «молибден».

Нахождение в природе.

Содержание в земной коре 3·10−4% по массе. В свободном виде молибден не встречается. В земной коре молибден распространён относительно равномерно. Молибден находится также в морской и речной воде, в золе растений, в углях и нефти. Молибден в породах находится в следующих формах: молибдатной и сульфидной в виде микроскопических и субмикроскопических выделений, изоморфной и рассеянной (в породообразующих минералах). Молибден обладает большим сродством с серой, чем с кислородом, и в рудных телах образуется сульфид четырёхвалентного молибдена - молибденит. Для кристаллизации молибденита наиболее благоприятны восстановительная среда и повышенная кислотность. В поверхностных условиях образуются преимущественно кислородные соединения Мо6+. В первичных рудах молибденит встречается в ассоциации с вольфрамитом и висмутином, с минералами меди (медно-порфировые руды), а также с галенитом, сфалеритом и урановой смолкой (в низкотемпературных гидротермальных месторождениях). Хотя молибденит считается устойчивым сульфидом по отношению к кислым и щелочным растворителям, в природных условиях при длительном воздействии воды и кислорода воздуха молибденит окисляется и молибден может интенсивно мигрировать с образованием вторичных минералов. Этим можно объяснить повышенные концентрации молибдена в осадочных отложениях - углистых и кремнисто-углистых сланцах и углях.

Известно около 20 минералов молибдена. Важнейшие из них: молибденит <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%82> MoS2 (60 % Mo), повеллит <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9F%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D1%82&action=edit&redlink=1> СаМоО4 (48 % Мо), молибдит <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B8%D1%82&action=edit&redlink=1> Fe(MoO4)3·nH2O (60 % Mo) ивульфенит <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%84%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%82> PbMoO4.

Получение.

Промышленное получение молибдена начинается с обогащения руд флотационным методом <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F>. Полученный концентрат <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%82> обжигают до образования оксида МоО3:

 

MoS2 + 7O2 → 2MoO3 +4SO2,

 

который подвергают дополнительной очистке. Далее МоО3 восстанавливают водородом:

 

MoO3 + 3H2 → Mo + 3H2O.

 

Полученные заготовки обрабатывают давлением (ковка <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B0>, прокатка <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%BA%D0%B0>, протяжка <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%82%D1%8F%D0%B6%D0%BA%D0%B0_(%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81)>).

Физические свойства.

Молибден - светло-серый металл с кубической объёмноцентрированной решёткой (пространственная группа <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B3%D1%80%D1%83%D0%BF%D0%BF%D0%B0> m3m), парамагнитен <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%BC>, шкала Мооса <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B0_%D0%9C%D0%BE%D0%BE%D1%81%D0%B0> определяет его твердость 4.5 баллами. Механические свойства, как и у большинства металлов, определяются чистотой металла и предшествующей механической и термической обработкой (чем чище металл, тем он мягче). Обладает крайне низким коэффициентом теплового расширения <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%88%D0%B8%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F>. Молибден является тугоплавким металлом c температурой плавления <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F> 2620 °C и температурой кипения <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F> - 4639 °C.

Химические свойства.

При комнатной температуре на воздухе молибден устойчив. Начинает окисляться при 400 °C. Выше 600 °C быстро окисляется до триоксида МоО3. Этот оксид получают также окислением дисульфида молибдена MoS2 <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%84%D0%B8%D0%B4_%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B0> и термолизом <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B7> молибдата аммония (NH4)6Mo7O24·4H2O. Мо образует оксид молибдена (IV) МоО2 и ряд оксидов, промежуточных между МоО3 и МоО2. С галогенами <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD> Mo образует ряд соединений в разных степенях окисления. При взаимодействии порошка молибдена или МоО3 с F2 <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%82%D0%BE%D1%80> получают гексафторид молибдена MoF6, бесцветную легкокипящую жидкость. Mo (+4 и +5) образует твердые галогениды MoHal4 и MoHal5 (Hal = <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%82%D0%BE%D1%80>, Cl <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%BB%D0%BE%D1%80>, Br <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%80%D0%BE%D0%BC>). С иодом известен только дийодид молибдена MoI2. Молибден образует оксигалогениды: MoOF4, MoOCl4, MoO2F2, MoO2Cl2, MoO2Br2, MoOBr3 и другие. При нагревании молибдена с серой образуется дисульфид молибдена <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%84%D0%B8%D0%B4_%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B0> MoS2, с селеном - диселенид молибдена состава MoSe2. Известны карбиды молибдена Mo2C и MoC - кристаллические высокоплавкие вещества и силицид молибдена MoSi2.

Особая группа соединений молибдена - молибденовые сини <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%8C&action=edit&redlink=1>. При действии восстановителей - сернистого газа <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B8%D1%81%D1%82%D1%8B%D0%B9_%D0%B3%D0%B0%D0%B7>, цинковой <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D0%BD%D0%BA> пыли, алюминия <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D1%8E%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D0%B9> или других на слабокислые (рН <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%9D>=4) суспензии оксида молибдена образуются ярко-синие вещества переменного состава: Мо2О5·Н2О, Мо4О11·Н2О и Мо8О23·8Н2О. Mo образует молибдаты, соли не выделенных в свободном состоянии слабых молибденовых кислот, хН2О· уМоО3 (парамолибдат аммония 3(NH4)2O·7MoO3·zH2O; СаМоО4, Fe2(МоО4)3 - встречаются в природе). Молибдаты металлов I и III групп содержат тетраэдрические <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%8D%D0%B4%D1%80> группировки [МоО4]. При подкислении водных растворов нормальных молибдатов образуются ионы MoO3OH−, затем ионы полимолибдатов: гепта-, (пара-) Мо7О266−, тетра-(мета-) Мо4О132−, окта- Мо8О264− и другие. Безводные полимолибдаты синтезируют спеканием МоО3 с оксидами <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4> металлов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB>. Существуют двойные молибдаты, в состав которых входят сразу два катиона, например, М+1М+3(МоО4)2, М+15М+3(МоО4)4. Оксидные соединения, содержащие молибден в низших степенях окисления - молибденовые бронзы, например, красная K0,26MoO3 и синяя К0,28МоО3. Эти соединения обладают металлической проводимостью и полупроводниковыми <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA> свойствами.

Применение.

Молибден используется для легирования <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%B3%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5> сталей <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C>, как компонент жаропрочных и коррозионностойких <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%80%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%B8%D1%8F> сплавов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2>. Молибденовая проволока (лента) служит для изготовления высокотемпературных печей, вводов электрического тока в лампочках. Соединения молибдена - сульфид, оксиды, молибдаты - являются катализаторами химических реакций, пигментами красителей, компонентами глазурей. Гексафторид молибдена применяется при нанесении металлического Mo на различные материалы, MoS2 <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%84%D0%B8%D0%B4_%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B0(IV)>используется как твердая высокотемпературная смазка. Mo входит в состав микроудобрений. Радиоактивные изотопы 93Mo <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD-93&action=edit&redlink=1> (T1/2 6,95ч) и 99Mo <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD-99&action=edit&redlink=1> (T1/2 66ч) - изотопные индикаторы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B>.

Молибден - один из немногих легирующих элементов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%B3%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5>, способных одновременно повысить прочностные <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C>, вязкие <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B4%D0%B0%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C> свойства стали <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0_%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B2> и коррозионную стойкость. Обычно при легировании одновременно с увеличением прочности растет и хрупкость <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D1%80%D1%83%D0%BF%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C> металла. Известны случаи использования молибдена при изготовлении в Японии холодного оружия <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B8%D0%B5> в XI <https://ru.wikipedia.org/wiki/XI_%D0%B2%D0%B5%D0%BA>-XIII <https://ru.wikipedia.org/wiki/XIII_%D0%B2%D0%B5%D0%BA> вв.

Молибден-99 <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD-99&action=edit&redlink=1> используется для получения технеция-99 <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B5%D1%86%D0%B8%D0%B9-99>, который используется в медицине при диагностике онкологических и некоторых других заболеваний. Чистый монокристаллический молибден используется для производства зеркал для мощных газодинамических лазеров. Теллурид молибдена <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%A2%D0%B5%D0%BB%D0%BB%D1%83%D1%80%D0%B8%D0%B4_%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B0&action=edit&redlink=1> является очень хорошим термоэлектрическим материалом для производства термоэлектрогенераторов (термо-э.д.с 780 мкВ/К). Трёхокись молибдена (молибденовый ангидрид) широко применяется в качестве положительного электрода в литиевых источниках тока. Молибден применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B5%D1%87%D1%8C_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F> в качестве нагревательных элементов и теплоизоляции. Дисилицид молибдена <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B4_%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B0> применяется в качестве нагревателей в печах с окислительной атмосферой, работающих до 1800 °С[4].

 

Расчёт константы равновесия реакции MоO3+3С(графит) ↔ Mо+ 3СО в интервале температур 1300 - 2200K, двумя способами, с помощью энтропии и приведенной энергии Гиббса

 

Используя справочные данные по температурной зависимости изменения энтальпии реагентов, их энтропии, приведённой энергии Гиббса рассчитываем логарифм константы равновесия lnKp реакции MоO3+С(графит) ↔ Mо+3СО,в интервале температур 1300-2200K [1].

Расчёт производится двумя способами.

) С использованием абсолютных значений энтропии:

 

(5)

 

где ni - соответствующие стехиометрические коэффициенты, S°i(T) - стандартная абсолютная энтропия индивидуального вещества при данной температуре, H0i(T) - H0i(0) - высокотемпературные составляющие энтальпии индивидуального вещества, ∆fH0(0) - стандартная энтальпия образования индивидуального вещества при Т = 0 К [2].

Расчет при температуре 1300 К:

ΣniSio(1300) = S0Mo(1300) +3S0СO(1300) - 3S0Cгр(1300) - S0MoO3(1300)=

= 67.857+3*243.321-3*30.381-264.409=442.268Дж/моль*К

Σni*[Hi0(1300)-Hi0(0)+∆fHi0(0)]= 3[H0CO(1300)-H0CO(0)+∆fH0CO(0)]-

[H0Mo(1300)-H0Mo(0)+∆fH0Mo(0)]-3[H0Cгр(1300)-H0Cгр(0)+∆fH0Cгр(0)]-[H0MoO3 (1300)-H0MoO3(0)+∆fH0MoO3(0)]=3[40.535-113.812]+[31.922+0]-3[19.588+0

]-[163.684-739.587]=-219.831+31.922-58.764+575.903=329.23 кДж/моль

 

 

2) С помощью приведенной энергии Гиббса:

 

, где (6)

 

- приведенная энергия Гиббса; - стандартная теплота образования индивидуального вещества при Т=0 К.

 

Дж/моль*К

 

Аналогично рассчитывается константа равновесия химической реакции и для всех остальных температур из интервала 1300-2200K; все необходимые данные находятся в таблицах приложений. Полученные результаты для всего интервала температур приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 - Расчет lnKp двумя способами в интервале температур 1300-2200K

T,K 1/T*103, К Σni [Hi0(T)- Hi0(0)+∆f Hi0(0)],кДж/моль I способ,lnKP II способ,lnKP КР
  0.769 329.23 22.735 22.734 7.5*10^9
  0.714 322.868 24.89 24.89 6.5*10^10
  0.667 311.568 26.722 26.722 6.0*10^11
  0.625 310.351 28.292 28.292 1,9*10^12
  0.588 304.229 29.652 29.655 7.6*10^12
  0.556 298.221 30.835 30.836 2.5*10^13
  0.526 292.333 31.875 31.874 6.96*10^13
  0.5 286.579 32.79 32.791 1.7*10^14
  0.476 280.954 33.603 33.604 3.9*10^14
  0.455 275.47 34.327 34.328 8.1*10^14

 

Используя полученный график (рисунок 4) и формулу:

 

(7)

 

рассчитаем среднее значение теплового эффекта реакции:

ΔƒН0(Т)срдн=

Вывод: Данная реакция является эндотермической, так как с ростом температуры увеличивается константа равновесия и равновесие смещается в сторону прямой реакции.

Вывод основан на принципе Ле - Шателье, который гласит: если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне и тем изменить условия, определяющие положение равновесия, то в системе усиливается то из направлений процесса, течение которого ослабляет влияние этого воздействия, в результате чего положение равновесия сместится в этом же направлении.

 


2. Построение и исследование диаграммы состояния двухкомпонентной системы Ge-Mo.

 

Построение и исследование диаграммы состояния Ge-Mo в атомных и массовых долях

 

Данная диаграмма, изображённая на рисунке 5, является двухкомпонентной системой с полной растворимостью в жидком состоянии, с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с образованием 4 неустойчивых химических соединений, c отсутствием полиморфизма.

Число степеней свободы находится по правилу фаз Гиббса:

 

С=К-Ф+1,

 

где С - степень свободы, которая характеризует число независимых параметров, которые можно свободно изменять; Ф - число фаз системы; К - число компонентов системы.

Фазовый состав:

I. L, однородный расплав, одна фаза, число термодинамических степеней свободы С=К-Ф+1=2-1+1=2, т.е. произвольно, не нарушая равновесия, можно изменять и температуру, и состав системы.

II. L + SМо, расплав находится в равновесии с твердым раствором на основе Мо, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1, т.е. произвольно, не нарушая равновесия можно изменять или температуру, или состав системы.

III. L+ SМо3Ge, расплав находится в равновесии с неустойчивым химическим соединением Mo3Ge, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1, т.е. произвольно, не нарушая равновесия можно изменять или температуру, или состав системы.

IV. SMo+ SМо3Ge, область существования в равновесии двух фаз: твердого раствора на основе Мо и неустойчивого химического соединения Mo3Ge.

V. SMo, область существования твердого раствора на основе Мо, одна фаза, число термодинамических степеней свободы С=2-1+1=2.

VI. L+SМо5Ge3, расплав находится в равновесии с твердым раствором на основе неустойчивого химического соединения Mo5Ge3, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1.

VII. SМо5Ge3+SМо3Ge, область существования в равновесии неустойчивых химических соединений Mo3Ge и Mo5Ge3, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1.

VIII. L+SМо13Ge23, расплав находится в равновесии с неустойчивым химическим соединением Mo13Ge23, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1.

IX. SМо13Ge23+SМо5Ge3, область существования в равновесии неустойчивых химических соединений Mo13Ge23 и Mo5Ge3, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1.

X. L+SGe, расплав находится в равновесии с Ge, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1.

XI. L+S МоGe2, расплав находится в равновесии с неустойчивым химическим соединением MoGe2, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1.

XII. SМоGe2+SМо13Ge23, область существования неустойчивых химических соединений MoGe2 и Mo13Ge23, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1.

XIII. SGe+ SМоGe2, область существования в равновесии Ge и неустойчивого химического соединения MoGe2, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1.

Переведём атомные доли в массовые, соответствующие следующим точкам: A=0,75 ат.д.; B=0,8 ат.д.; C=0,97ат.д. Для этого воспользуемся следующей формулой:

 

Масс.д.(Мо) =

 

Проведём пересчёт для каждой из точек:

 

А:Масс.д.(Мо) = = 0.8

В:Масс.д.(Мо) = = 0.84

С:Масс.д(Мо) = = 0.977

 

На данной диаграмме имеются 4 неустойчивых химических соединений:

 

-

-

-

-

 

Температура начала кристаллизации расплава системы Ge-Mo, содержащей 0.2ат.д.Mo,равна 1490°С, температура конца кристаллизации равна 900°С.

Первые выпавшие кристаллы из расплава системы Mo-Ge, содержащего 0.2ат.д.Mo отвечают выпадению кристаллов химического соединения . Составу последней капли этого расплава соответствует точка эвтектики(E), содержащая 0.02ат.д.Mo.

Воспользовавшись данными, полученными в пункте 2.1.1, определим по правилу рычага для системы Ge-Mo, содержащей 0.8ат.д.Mo при температуре 18500C и при массе сплава 70г.

 

mL/ mS=bc/ab;

mL+ mS= 70;= 70 - mS;

=15,82 г

mL= 70 - 15,82 = 54,18 г

 

Число степеней свободы находится по правилу фаз Гиббса:

Отсюда следует, что система, у которой:

Состав 0.4ат.д.Mo, температура 1520 , имеет:К=2, Ф=3, С=2-3+1=0;

Состав 0.2ат.д. Mo, температура 1900 , имеет:К=2, Ф=1, С=2-1+1=2;

Состав 1.0ат.д. Mo, температура 2623 , имеет:K=1, Ф=2,C=1-2+1=0;

Система Ge-Mo содержащая 0,2 ат.д. Mo до температуры 1490 представляет собой однородный жидкий расплав Ф=1, С=2, при достижении температуры 1490 начинает кристаллизоваться химическое соединение Ф=2, С=1. При охлаждении от 1490 до 1090 масса кристаллов растёт, в составе расплава увеличивается содержание Ge. При достижении состава перитектики (P) начинается перитектическое превращение:


 

При охлаждении от 1090 до 900 масса кристаллов химического соединения растёт, в составе расплава продолжает увеличиваться содержание Ge, при достижении состава точки E (0,02 Mo) начинается эвтектическое превращение:

 

 

Которое заканчивается исчезновением расплава. При дальнейшем понижении температуры идёт охлаждение сплава содержащего две фазы Ge и .

 


Список литературы.

 

1. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т.1-4 книга вторая. Таблицы термодинамических свойств: Справочное издание / Под ред. В.П. Глушкова. - М.: Наука 1979.

2. Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплинам «Физическая химия» и «Химия». /ВГТУ; Сост. В.В. Корнеева, А.А Щетинин, А.Н. Корнеева, 2008. 24 с.

. Общая Химия. Глинка Н.Л. 1982

. https://ru.wikipedia.org (Молибден)

 


Приложение А

 

Значение термодинамических функций для Мо интервале температур 100-500K.

T.К

       
  13.520 2.087 6.997 0.491
  21.480 7.784 19.444 2.332
  23.970 13.304 28.718 4.624
  25.315 18.080 35.824 7.098
  26.005 22.221 41.554 9.666

 


Приложение Б

 

Значение термодинамических функций для Сграфит.

T,К

     
  19.588 30.381 15.313
  21.96 32.138 16.453
  24.367 33.799 17.554
  26.802 35.371 18.619
  29.258 36.859 19.649
  31.729 38.272 20.645
  34.212 39.614 21.608
  36.703 40.892 22.54
  39.203 42.112 23.444
  41.71 43.278 24.319

 

ΔƒН0(0) = 0

 


Приложение В

 

Значение термодинамических функций для Mо.

T.К

     
  31.922 67.857 43.301
  34.951 70.101 45.136
  38.054 72.241 46.872
  41.237 74.295 48.522
  44.506 76.277 50.097
  47.868 78.199 51.605
  51.331 80.070 53.054
  54.900 81.901 54.451
  58.582 83.697 55.801
  62.384 85.466 57.109

 

ΔƒН0(0) = 0 кДж

 


Приложение Г

 

Значение термодинамических функций для СO

T.К

     
  40.535 243.321 212.14
  44.01 245.896 214.469
  47.516 248.315 216.638
  51.051 250.596 218.689
  54.61 252.754 220.63
  58.191 254.8 222.472
  61.79 256.747 224.225
  65.407 258.601 225.898
  69.038 260.373 227.498
  72.683 262.068 229.031

 

ΔƒН0(0) = - 113.812 кДж

 


Приложение Д

 

Значение термодинамических функций для MоO3

T.К

     
  163.684 264.409 138.498
  176.384 273.82 147.832
  189.084 282.582 156.526
  201.784 290.779 164.664
  214.484 298.478 172.311
  227.184 305.737 179.524
  239.884 312.604 186.349
  252.584 319.118 192.826
  265.284 325.314 198.989
  277.984 331.222 204.866

 

ΔƒН0(0) = - 739.587 кДж



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2021-12-14 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: