Методи буферних сумішей
Найчастіше таким компонентом є кисень (О2), якщо ми вивчаємо мінеральні реакції, в яких залізо (Fe) може бути у вигляді іонів Fe2+ та Fe3+, а нам потрібно задати такий тиск (летючість) О2, щоб в даній реакції іони Fe були двоабо трьох-валентні. Буфер Ni — NiO — мабуть найбільш поширений. Працює з T? 500оС. Оскільки корпуса автоклавів робляться з сплавів, що вміщують багато Ni, то внутрішній об'єм… Читати ще >
Методи буферних сумішей (реферат, курсова, диплом, контрольна)
Методи буферних сумішей
Київський національний університет імені Тараса Шевченка.
Геологічний факультет.
Кафедра мінералогії, геохімії та петрографії.
РЕФЕРАТ.
тема: «Методи буферних сумішей в експериментальній мінералогії і петрографії».
Виконала: Беспалова Л.А.
Перевірив: Остапенко Г. Т.
Київ — 2004.
Методи буферних сумішей використовуються для того, щоб речовина в процесі експерименту знаходилася в умовах сталого значення тиску (летючості) або концентрації якогось компоненту.
Найчастіше таким компонентом є кисень (О2), якщо ми вивчаємо мінеральні реакції, в яких залізо (Fe) може бути у вигляді іонів Fe2+ та Fe3+, а нам потрібно задати такий тиск (летючість) О2, щоб в даній реакції іони Fe були двоабо трьох-валентні.
У якості буферних сумішей, які задають потрібний тиск (летючість) О2, використовуються такі суміші оксидів: Fe2O3 — Fe3O4, Mn2O3 — MnO2, Ni — NiO, Fe3O4 + SiO2 > Fe2SiO4, Fe3O4 — FeO, Fe — FeO та інші.
Оксиди у вказаних сумішах зв’язані реакцією виділення або поглинання кисню:
Fe2O3 + ?O2 = Fe3O4 Кбуф1 = 1/PO21/2.
Mn2O3 + ?O2 = 2MnO2 Кбуф2 = 1/PO21/2.
Ni + ?O2 = NiO Кбуф3 = 1/PO21/2.
2Fe3O4 + 3SiO2 = 3Fe2SiO4 + O2 Кбуф4 = PO2.
Fe3O4 = 3FeO + ?O2 Кбуф5 = PO21/2.
Fe + ?O2 = FeO Кбуф6 = 1/PO21/2.
Якщо під час досліду суміш вихідних і кінцевих твердих фаз зберігається, то тиск О2 буде сталим, різним для різних буферів, оскільки ln Kбуф = -(?Go (T, P) реакції) / (RT).
СХЕМА ДОСЛІДУ.
У зовнішній ампулі (або сосуді) маємо буфер,.
наприклад Ni — NiO, та воду. Реакції:
(1) Ni +? O2 = NiO Кбуф = 1/PO21/2.
(2) H2O = H2 + ?O2 КH2O = (PH2 * PO21/2)/PH2O.
Оскільки PO2 за рахунок реакції (1) підтримується.
незмінним, то PO21/2 = 1/Kбуф. Вносимо це значення PO21/2 у рівняння дисоціації води (2). Отримаємо:
КH2O = (PH2 * 1) / (PH2О * Кбуф),.
КH2O * Кбуф = К = PH2 / PH2О (3).
Крім того, виконується рівняння загального тиску:
Pзаг = PH2О + PH2 + PО2? PH2О + PH2 (4) — PО2 дуже мале.
З рівнянь (3) і (4) випливає, що при заданому PО2 і Pзаг будуть сталими і відомими PH2 і PH2О у зовнішній ампулі.
У зовнішню ампулу (або сосуд) вводимо відносно малу внутрішню ампулу, стінки якої пропускають водень (H2). Це ампули, які виготовлені з Pt, Au, Pd, Pt-Pd, Ag-Pd. Стінки таких ампул, особливо з Au, повинні бути ?0,1 мм. У малій внутрішній ампулі знаходиться зразок і заливається вода. Буфера немає. В ампулі має місце реакція дисоціації води:
H2O = H2 + ?O2 КH2O = (PH2 * PO21/2)/PH2O (5).
Оскільки водень проходить через стінку, то PH2внутр амп = PH2зовн амп, тобто Pзагвнут = Pзагзовн. Оскільки на внутрішню ампулу діє те ж Pзаг, а Pзагвнут амп = PH2Овнутр + PH2внутр, то в малій ампулі і PH2Овнутр = Pзагзовн — PH2зовн — дорівнює PH2Озовн — тобто дорівнює тиску води у зовнішній ампулі.
Значить, у рівнянні константи води (5) тиск кисню PO2 — буде такий як і у зовнішній ампулі (або сосуді) (у рівняннях (2) і (5) значення PH2О і PH2 однакові).
Таким чином у внутрішній ампулі дослід протікає під сталим тиском O2 (або H2), який має фіксоване значення, яке задається буфером реакції (1). А в саму внутрішню ампулу не вносимо бруд. Дослід ведемо чисто.
Буфер Ni — NiO — мабуть найбільш поширений. Працює з T? 500оС. Оскільки корпуса автоклавів робляться з сплавів, що вміщують багато Ni, то внутрішній об'єм автоклавів та екзоклавів можна розглядати як буфер Ni — NiO.
У якості буферів використовуються також реакції з участю CO і CO2 (2C + 3/2O2 = CO + CO2), S2 (FeS + ?S2 = FeS2) та інші. Оскільки CO, CO2 і S2 через платину дифундують, то використовують метод обжатої ампули (а не запаяної).