1 Moskva-staten tekniska universitetet dem. N.E. Bauman
2 Första Moscow State Medical University uppkallad efter. DEM. Sechenov
3 Moscow Pedagogical State University
Frågorna med etsning av oxidavlagringar från ytan på stål som innehåller kobolt och järn har alltid varit av praktisk betydelse och varit relevanta. Efter att ha studerat stort antal material om denna fråga, uppger författarna att vissa aspekter av problemet ännu inte har studerats fullt ut (dessa inkluderar påverkan av egenskaperna hos elektrolytlösningar, identifiera verkningsmekanismen för dessa faktorer). Kobolt- och järnoxider används i stor utsträckning som katalysatorer för olika kemiska processer (oxidation av metan och kolmonoxid, dehydrering av paraffiner, etc.). Deras egenskaper beror på ytans egenskaper, vilket bestämmer kinetiken för oxidupplösning. Genomförda experimentella studier om effekten av mineralsyror (särskilt H2SO4) på hastigheten för heterogen reaktion (Co3O4 och Fe3O4 i ett surt medium) avslöjade karaktären av det begränsande steget, som består i bildandet av ytföreningar av typen - och deras efterföljande övergång till elektrolytlösningen. En systematisk analys av oxidupplösningskurvor har också utvecklats för att beräkna kinetiska parametrar: aktiveringsenergi och reaktionsordningar för vätejoner och sulfatjoner.
koboltoxid
järnoxid
kinetik
upplösning
modellering
Barton–Stransky modell
Hougen–Watson-metoden
1. Bokshtein B.S., Mendelev M.I., Pokhvisnev Yu.V. Fysikalisk kemi: termodynamik och kinetik. – M.: Förlaget ”MISIS”, 2012. – 258 sid.
2. Butler J. Joniska jämvikter. – L.: Kemi, 1973. – 448 sid.
3. Delmon B. Kinetik för heterogena reaktioner. – M.: Mir, 1972. – 555 sid.
4. Barre P. Kinetik för heterogena processer. – M.: Mir, 1976. – 400 sid.
5. Kiselev M.Yu. Mekanism och kinetik för pyritupplösning genom elektrokemisk klorering // Izvestia Higher utbildningsinstitutioner. Gruvtidning. – 2010. – Nr 4. – S. 101–104.
6. Korzenshtein N.M., Samuylov E.V. Volumetrisk kondensation i heterogena reaktioner // Colloid Journal. – 2013. – T. 75, nr 1. – 84 sid.
7. Kolesnikov V.A., Kapustin V.A., Kapustin Yu.I., Isaev M.K., Kolesnikov A.V. Metalloxider – lovande material för elektrokemiska processer // Glas och keramik. – 2016. – Nr 12. – S. 23–28.
8. Yakusheva E.A., Gorichev I.G., Atanasyan T.K., Izotov A.D. Studie av kinetiken för upplösning av koboltoxider (Co3O4, Co2O3) vid olika koncentrationer av H2SO4, HCl, EDTA och pH // Volgograd: Abstracts of XIX Mend. Kongress för allmän och tillämpad kemi. – 2011. – T. 3 – S. 366.
9. Yakusheva E.A., Gorichev I.G., Atanasyan T.K., Layner Yu.A. Kinetik för upplösning av koboltoxider i sura miljöer// Metaller. – 2010. – Nr 2. – S. 21–27.
10. Yakusheva E.A., Gorichev I.G., Atanasyan T.K., Plakhotnaya O.N., Goryacheva V.N. Modellering av kinetiska processer för upplösning av kobolt och kopparoxider i svavelsyra // Bulletin of MSTU im. N.E. Bauman. Ser. Naturvetenskap. – 2017. – Nr 3. – s. 124–134.
De utförda experimentella studierna av upplösningen av oxidfaser gör det möjligt att i detalj beskriva processerna för den fasta fasens beteende i en sur miljö, för att förklara de fenomen som uppstår på oxidernas yta, med hänsyn till deras syra-basegenskaper och upplösningsmekanismen, för att utföra modellering av topo kemiska reaktioner.
Syftet med studien består av att studera och modellera processen för upplösning av Co3O4 och Fe3O4 i svavelsyra.
Material och forskningsmetoder
För forskning togs prover som vägde 500 mg med d = 80÷100 µm. Identifiering av oxider utfördes genom röntgendiffraktion, IR och termiska analyser.
För att belysa mekanismen för upplösning av fasta prover av metalloxider i sura medier utfördes experimentet i ett instrument (en termostaterad reaktor med en volym på 0,5 l) för att studera kinetiken för upplösning av fasta prover, exklusive påverkan av eventuella okontrollerade faktorer på det fenomen som studeras. Försökstemperatur 363 K. Försöket utfördes kl olika betydelser pH och mineralsyrakoncentrationer.
Vid vissa tidsintervall togs prover av vätskefasen från reaktionskärlet med användning av ett Schott-glasfilter. Koncentrationen av koboltjoner bestämdes spektrofotometriskt (UF-3100 spektrofotometer) med användning av ammoniumtiocyanat och järn - med användning av o-fenantrolin.
De experimentella data som erhållits om effekten av syrakoncentration på upplösningshastigheten för koboltoxid Co3O4 och Fe3O4 presenteras i fig. 1 (punkter - experimentella data, linjer - simuleringsresultat). Den lösta fraktionen a beräknades med hjälp av ekvationen: a = Dt/D∞.
Ris. 1. a) beroende av andelen löst Co3O4-oxid på tiden vid olika koncentrationer av svavelsyra (mol/l): 1 - 10,0; 2 - 5,93; 3 - 2,97; 4 - 1,0; 5 - 0,57; 6 - 0,12; T = 363,2 K; b) beroende av andelen löst Fe3O4-oxid på tiden vid olika koncentrationer av svavelsyra (mol/l): 1 - 10,3; 2 - 7,82; 3 - 3,86; 4 - 2,44; T = 293 K
Forskningsresultat och diskussion
Beräkning av kinetiska parametrar. En analys av experimentella kinetiska data utfördes med hjälp av ekvationerna för heterogen kinetik, vilket gjorde det möjligt att bestämma reaktionsordningarna för olika joner (ni), den specifika upplösningshastigheten (Wi), dess beroende av lösningens koncentration , såväl som aktiveringsenergierna för reaktioner (Ea).
Kinetiken för heterogena reaktioner är baserad på det obligatoriska övervägandet av förändringar i partiklarnas yta under upplösningsprocessen över tid, dessutom kännetecknas heterogena reaktioner av en konstant hastighet över tiden (1).
I detta fall kan oxidupplösningshastigheten representeras av ekvationen:
där Wi är den specifika upplösningshastigheten; f(α) är en funktion som tar hänsyn till hur oxidytan förändras över tiden.
För att klargöra mekanismen för upplösning och modellera detta fenomen använde vi Barton-Stransky-modellen (2):
, (2)
där A är en konstant. Dess värde är direkt proportionellt mot antalet aktiva centra på ytan av en oxidpartikel.
För att hitta värdena för variablerna W och A användes metoder för olinjär regressionsanalys och datorprogrammet MathCad.
Tabell 1
Specifik upplösningshastighet av oxiderna Co3O4 och Fe3O4 beroende på koncentrationen av H2SO4
Från data i tabellen och fig. 2 (punkter - experimentella data, linjer - resultatet av modellering enligt ekvation (3)) följer att koboltoxid Co3O4 löses snabbare i svavelsyra än järnoxid Fe3O4. Reaktionsordningen i termer av vätejoner för de två oxiderna är ungefär 0,5. (alla resultat är baserade på Barton-Stransky-modellen).
Ris. 2. a) hastighetslogaritmen (log W) beroende av koncentrationslogaritmen (log C(H2SO4)) vid upplösning av Co3O4 i svavelsyra; b) beroende av logaritmen för hastigheten (log W) av logaritmen för koncentrationen (log C(H2SO4)) när Fe3O4 är löst i svavelsyra
De erhållna data gör det möjligt att beskriva sambandet mellan den specifika upplösningshastigheten för Co3O4- och Fe3O4-oxider och H2SO4-koncentrationen med den generaliserade ekvationen
, (3)
där ≡, W0 är upplösningshastighetskonstanten, K1, K2 är konstanter.
Modellering av mekanismen för upplösning av kobolt och järnoxider i oorganisk syra. Upplösning av oxider i syror sker vid ytdefekter kristallgitter, de så kallade aktiva centra för upplösning av oxider som har adsorberat H+-joner och H+...A- jonpar.
Hougen-Watson-metoden gör det möjligt att simulera effekten av pH och syrakoncentration på oxidernas upplösningshastighet.
I detta fall kommer upplösningshastigheten för kobolt och järnoxider att uttryckas med ekvationen:
Förmodligen bildas partiklar av metallhydroxokomplex av samma sammansättning som de som finns i lösningen på oxidernas yta. För att beräkna koncentrationen av hydroxokomplex använde vi materialbalansekvationer i hydrolysreaktioner för väte, kobolt och järnjoner; hydrolysekvationer för alla steg för att beräkna hydrolyskonstanter. Hougen-Watson-metoden antar att jonkoncentrationens beroende av oxidernas yta och i lösningen följer Langmuir-isotermen, vilket gör det möjligt att relatera jonernas yta och volymkoncentrationer (ekvation (5)).
Beroendet av den specifika upplösningshastigheten för koboltoxiderna Co3O4 och Fe3O4 i utspädd svavelsyra uttrycks med ekvationerna (5-7).
Koncentrationen av joner och kan uttryckas i termer av den totala koncentrationen av Co3+ och Fe3+ joner, om deras innehåll i lösningen fastställs. I det här fallet och . Då är hastigheten
Om vi simulerar processen för oxidupplösning och antar att jonerna fungerar som ytaktiva partiklar, så kommer processhastighetens beroende av jonkoncentrationen att se ut som följer (a1 är antalet joner i lösningen).
Oxider kallas komplexa ämnen, vars molekyler inkluderar syreatomer i oxidationstillstånd - 2 och något annat element.
kan erhållas genom direkt interaktion av syre med ett annat element, eller indirekt (till exempel under nedbrytning av salter, baser, syror). Under normala förhållanden finns oxider i fasta, flytande och gasformiga tillstånd. Oxider finns i Jordskorpan. Rost, sand, vatten, koldioxid är oxider.
De är antingen saltbildande eller icke-saltbildande.
Saltbildande oxider– Det är oxider som bildar salter till följd av kemiska reaktioner. Dessa är oxider av metaller och icke-metaller, som när de interagerar med vatten bildar motsvarande syror, och när de interagerar med baser, motsvarande sura och normala salter. Till exempel, Kopparoxid (CuO) är en saltbildande oxid, eftersom till exempel, när den reagerar med saltsyra (HCl), bildas ett salt:
CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O.
Som ett resultat av kemiska reaktioner kan andra salter erhållas:
CuO + SO 3 → CuSO 4.
Icke-saltbildande oxider Dessa är oxider som inte bildar salter. Exempel inkluderar CO, N2O, NO.
Saltbildande oxider är i sin tur av 3 typer: basiska (från ordet «
bas »
), sura och amfotera.
Grundläggande oxider Dessa är de metalloxider som motsvarar hydroxider som tillhör klassen av baser. Basiska oxider inkluderar till exempel Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, etc.
Kemiska egenskaper hos basiska oxider
1. Vattenlösliga basiska oxider reagerar med vatten och bildar baser:
Na2O + H2O → 2NaOH.
2. Reagera med sura oxider och bildar motsvarande salter
Na2O + SO3 → Na2SO4.
3. Reagera med syror för att bilda salt och vatten:
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O.
4. Reagera med amfotära oxider:
Li2O + Al2O3 → 2LiAlO2.
Om sammansättningen av oxiderna innehåller en icke-metall eller en metall som uppvisar den högsta valensen (vanligtvis från IV till VII) som det andra elementet, kommer sådana oxider att vara sura. Sura oxider (syraanhydrider) är de oxider som motsvarar hydroxider som tillhör klassen syror. Dessa är till exempel CO 2, SO 3, P 2 O 5, N 2 O 3, Cl 2 O 5, Mn 2 O 7, etc. Sura oxider löser sig i vatten och alkalier och bildar salt och vatten.
Kemiska egenskaper hos sura oxider
1. Reagera med vatten för att bilda en syra:
SO3 + H2O → H2SO4.
Men inte alla sura oxider reagerar direkt med vatten (SiO 2, etc.).
2. Reagera med baserade oxider för att bilda ett salt:
CO 2 + CaO → CaCO 3
3. Reagerar med alkalier och bildar salt och vatten:
CO 2 + Ba(OH) 2 → BaCO 3 + H 2 O.
Ingår amfoter oxid inkluderar ett element som har amfotära egenskaper. Amfotericitet hänvisar till föreningars förmåga att uppvisa sura och basiska egenskaper beroende på förhållandena. Till exempel kan zinkoxid ZnO vara antingen en bas eller en syra (Zn(OH)2 och H2ZnO2). Amfotericitet uttrycks i det faktum att, beroende på förhållandena, amfotera oxider uppvisar antingen basiska eller sura egenskaper.
Kemiska egenskaper hos amfotera oxider
1. Reagera med syror för att bilda salt och vatten:
ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O.
2. Reagera med fasta alkalier (under fusion), som bildas som ett resultat av reaktionssaltet - natriumzinkat och vatten:
ZnO + 2NaOH → Na2 ZnO2 + H2O.
När zinkoxid interagerar med en alkalilösning (samma NaOH) sker en annan reaktion:
ZnO + 2 NaOH + H2O => Na2.
Koordinationsnummer är en egenskap som bestämmer antalet närliggande partiklar: atomer eller joner i en molekyl eller kristall. Varje amfoter metall har sitt eget koordinationsnummer. För Be och Zn är det 4; För och Al är det 4 eller 6; För och Cr är det 6 eller (mycket sällan) 4;
Amfotera oxider är vanligtvis olösliga i vatten och reagerar inte med det.
Har du fortfarande frågor? Vill du veta mer om oxider?
För att få hjälp av en handledare, registrera dig.
Första lektionen är gratis!
webbplats, vid kopiering av material helt eller delvis krävs en länk till källan.
Uppfinningen avser metoder för upplösning av uranoxider och kan användas inom tekniken för framställning av bränslecykelmaterial, i synnerhet för framställning av anrikat uran. Enligt metoden placeras uranoxidpulver under ett vattenskikt med ett förhållande mellan vattenskiktets höjd och uranoxidskiktets höjd på minst 1,3. Salpetersyra tillförs under lagret av uranoxider med en flödeshastighet av (0,30-0,36) ton HNO 3 per 1 ton uran per timme. Uppfinningen gör det möjligt att minska volymen av gaser som lämnar lösningsmedelsreaktorn och utsätts för rening innan de släpps ut i atmosfären, samtidigt som kvävedioxidhalten i dem reduceras. 1 lön filer, 1 bord.
Uppfinningen avser metoder för upplösning av uranoxider och kan användas inom tekniken för framställning av bränslecykelmaterial, i synnerhet för framställning av anrikat uran. Som råvara för urananrikning kan dess oxider i form av teknisk oxid - U 3 O 8 oxid (2UO 3 + UO 2), erhållen från naturliga råvaror, användas. I detta fall, innan fluorideringsoperationen, måste uran renas ytterligare från medföljande föroreningar som finns i malmkoncentratet, inklusive föroreningar som bildar flyktiga fluorider (molybden, kisel, järn, vanadin, etc.). Dessutom är det nödvändigt att avlägsna föroreningar som kommer in i uran under bearbetningen av naturliga malmer till uranoxid (skala, underbrända rester, grafit, kol, etc.). För att rena uran från föroreningar kan du använda extraktionsteknik för att rena uraniumnitratlösningar med hjälp av tributylfosfat. Före utvinning måste uranoxider lösas upp. Det finns en känd metod för att lösa upp uranoxider i en blandning av koncentrerad salpetersyra och koncentrerad saltsyra (uran och dess föreningar. USSR industristandard OST 95175-90, s. 5). Men på grund av den höga korrosionen av utrustning används denna metod endast i laboratorieskala. Det finns en känd metod för att lösa upp uranoxid i salpetersyra (V.M. Vdovenko. Modern radiochemistry. - M., 1969, s. 257) (prototyp). Metoden utförs enligt följande reaktion: 2U3O8+14HNO3 =6UO2(NO)3)2+7H2O+NO+NO2. Som ett resultat av reaktionen bildas kväveoxid och dioxid, som har skadliga effekter på miljö och man. I detta avseende finns det ett behov av att rena avfallsgaser från kväveoxider. Kvävedioxid (NO 2) är en brun gas, kväveoxid (NO) är en färglös gas. Kväveoxid (NO) oxideras vid kontakt med atmosfäriskt syre till NO 2. Kvävedioxid är huvudkomponenten i gasutsläpp som behandlas. Om en råvara som innehåller över 80 % fyrvärd uranoxid löses upp, ökar bildningen av kväveoxider per enhet råvara jämfört med upplösningen av uranoxid innehållande ungefär 30 % fyrvärd uranoxid. Upplösningsprocessen av sådana råmaterial kännetecknas av en betydande frisättning av kvävedioxid. I oxidråvaror är uranhalten (IV) 30 %: 
I oxidråvaror är uranhalten (IV) 80 %: 
Vid omrörning av reaktionssystemet, som används för att förbättra massöverföringen i systemet, sker frisättningen av kväveoxider från reaktionsblandningen särskilt snabbt. Syftet med uppfinningen är att minska volymen av gaser (kväveoxider) som lämnar lösningsmedelsreaktorn och utsätts för rening innan de släpps ut i atmosfären, samtidigt som kvävedioxidhalten i dem minskas. Problemet löses genom att i metoden för att lösa upp uranoxider, inklusive deras interaktion med salpetersyra, placeras uranoxidpulvret under ett vattenlager i förhållandet mellan vattenskiktets höjd och uranets höjd. oxidskikt på minst 1,3, och salpetersyra tillförs under skiktet av uranoxider med en hastighet av (0,3-0,36) t HNO3 per 1 ton uran per timme. Reaktionsblandningen sköljs med vatten i en mängd lika med 10-20% av det vattenhaltiga skiktet. Exempel. Uranoxidpulvret placeras under ett lager vatten. Syralösningen matas in under oxidskiktet. Den sura lösningen tillförs under lagret av uranoxider genom ett rör som sänks till botten av lösningsmedelsreaktorn. Fyra serier av experiment genomförs. I den första serien ändras förhållandet mellan vattenskiktets höjd och uranoxidskiktets höjd. I den andra serien av experiment ändras förbrukningen av HNO 3 per tidsenhet. I den tredje serien av experiment rörs reaktionsblandningen om genom att införa tryckluft i den. I den fjärde serien av experiment sprutas vatten över vattenskiktets yta för att skapa en vattendimma i lösningsmedelsreaktorn. I experiment 6 i den första serien finns det inget vattenlager ovanför lagret av uranoxider. Experiment utförs utan upphettning av reaktionsblandningen. De experimentella resultaten presenteras i tabellen. När salpetersyra tillförs under ett lager av uranoxider beläget under vatten, sker upplösningen av uranoxider jämnt över hela volymen. Kvävedioxid som bildas under upplösningen av uranoxider, som passerar genom ett lager av vatten, interagerar med det senare för att bilda salpetersyra, som i sin tur interagerar med uranoxider; förbrukningen av salpetersyra (totalt per experiment) som tillförs lösningsmedelsreaktorn minskas. Som framgår av tabellen uppstår en minskning av volymen av gaser som lämnar lösningsmedelsreaktorn, med en minskning av kvävedioxidhalten i dem, när förhållandet mellan vattenskiktets höjd och uranoxidskiktets höjd är minst 1,3 och förbrukningen av salpetersyra per tidsenhet är 0,30- 0,36 t НNO 3 / t U per timme (experiment 3-5 i den första serien, 1, 2 i den andra serien). Bevattning av utrymmet ovanför vattenskiktet med vatten främjar ytterligare infångning av kvävedioxid och undertryckande av skumbildning (experiment 1, 2 i den fjärde serien). Frånvaron av ett vattenskikt ovanför uranoxiderna under upplösningsprocessen (experiment 6 i den första serien) eller dess otillräckliga höjd (förhållandet mellan vattenskiktets höjd och uranoxidskiktets höjd är mindre än 1, 3 , experiment 1, 2 i den första serien) leder till en ökning av gasfrisättningen från lösningsmedelsreaktorn, i detta fall har gasen en brun färg som är karakteristisk för kvävedioxid. En ökning av förbrukningen av salpetersyra per tidsenhet (mer än 0,36 t НNO 3 / t U per timme) leder också till stark gasutveckling gasen innehåller en betydande mängd brun kvävedioxid (experiment 3, 4 i den andra serien ). Omrörning av reaktionsblandningen med luft ökar den totala förbrukningen av salpetersyra och leder till stark gasutveckling (experiment 1, 2 i den tredje serien). Förhållandet mellan vattenskiktets höjd och pulverskiktets höjd, lika med 1,30-1,36, är optimalt ur synvinkeln för att erhålla en lösning som är lämplig i koncentration för den efterföljande driften i tekniken för bränslecykelmaterial - extraktion .
Uppfinningens formel
1. En metod för upplösning av uranoxider, inklusive deras interaktion med salpetersyra, kännetecknad av att uranoxidpulvret placeras under ett vattenskikt när förhållandet mellan vattenskiktets höjd och uranoxidskiktets höjd är ca. minst 1,3, och salpetersyra tillförs under lagret av uranoxider med en flödeshastighet (0,300,36) t HNO3 per 1 ton uran per timme. 2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att reaktionsblandningen sköljs med vatten i en mängd lika med 10-20 % av vattenskiktet.
öka
löslighet av oxider och
hydroxider
Undergrupp
Vid upplösning går jonoxider i en kemisk interaktion med vatten och bildar motsvarande hydroxider:
Na2O + H2O → 2NaOH
CaO + H2O → Ca(OH)2
mycket stark
basisk oxidbas
Hydroxider av alkali- och jordalkalimetaller är starka baser och dissocierar fullständigt i vatten till metallkatjoner och hydroxidjoner:
NaOH Na + + OH –
Eftersom koncentrationen av OH - joner ökar, har lösningar av dessa ämnen en mycket alkalisk miljö (pH>>7); de kallas alkalier.
Andra gruppen mycket löslig i vattenoxider och deras motsvarande hydroxiföreningar – molekylära oxider och syror med kovalent typ kemiska bindningar . Dessa inkluderar föreningar av typiska icke-metaller i högsta grad oxidation och vissa d-metaller i oxidationstillstånd: +6, +7. Lösliga molekylära oxider (SO 3 , N 2 O 5 , Cl 2 O 7 , Mn 2 O 7 ) reagerar med vatten och bildar motsvarande syror:
SO 3 + H 2 O H 2 SO 4
svaveloxid (VI) svavelsyra
stark syra stark syra
N2O5 + H2O2HNO3
kväveoxid (V) salpetersyra
Mn 2 O 7 + H 2 O 2HMnO 4
mangan(VII)oxid mangansyra
Starka syror (H 2 SO 4, HNO 3, HClO 4, HClO 3, HMnO 4) i lösningar dissocierar fullständigt till H+-katjoner och syrarester:
Steg 2: H 2 PO 4 – H + + HPO 4 2–
K2 =(=6,2∙10 –8;
Steg 3: HPO 4 2– H + + PO 4 3–
K 3 =()/=4,4∙10 –13 ,
där K1, K2, K3 är dissociationskonstanter för ortofosforsyra, respektive, för det första, andra och tredje steget.
Dissociationskonstanten (bilaga tabell 1) kännetecknar syrans styrka, d.v.s. dess förmåga att sönderdelas (dissocieras) till joner i ett givet lösningsmedel vid en given temperatur. Ju större dissociationskonstanten är, desto mer förskjuts jämvikten mot bildandet av joner, desto starkare är syran, d.v.s. I det första steget är dissociationen av fosforsyra bättre än i det andra och följaktligen i det tredje steget.
Måttligt lösliga oxider av svavel (IV), kol (IV), kväve (III) etc. bildar motsvarande svaga syror i vatten, som delvis dissocierar.
CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 –
SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 H + + HSO 3 –
N 2 O 3 + H 2 O 2HNO 2 H + + NO 2 –
svag-svag
sura syror
Neutraliseringsreaktion
Neutraliseringsreaktionen kan uttryckas med följande schema:
| H2O |
(bas eller (syra eller syror-
basisk oxid)
5.3.1. Egenskaper hos basiska föreningar uppvisar oxider och hydroxider av s-metaller (undantag Be), d-metaller i oxidationstillstånd (+1, +2) (undantag Zn), vissa p-metaller (se fig. 3).
| VIIIA | ||||||||||
| Jag A | II A | IIIA | IVA | V.A. | VIA | VIIA | ||||
| Li |  Vara | B | C | N | O | F | ||||
Ris. 3. Syra-basegenskaper hos oxider och deras motsvarande hydroxiföreningar
Karakteristisk egenskap basiska föreningar är deras förmåga att reagera med syror, sura eller amfotära oxider för att bilda salter, till exempel:
KOH + HCl KCl + H2O
Ba(OH)2 + CO2 BaCO3 + H2O
2NaO + Al2O3 2NaAlO2 + H2O
Beroende på antalet protoner som kan läggas till basen finns det monosyrabaser (till exempel LiOH, KOH, NH 4 OH), disyrabaser osv.
För polysyrabaser kan neutralisationsreaktionen fortgå i steg med bildning av först basiska och sedan mellanliggande salter.
Me(OH)2 MeOHCl MeCl2
hydroxid NaOH basiskt NaOH-medium
metallsalt salt
Till exempel:
Steg 1: Co(OH)2 + HCl CoOHCl + H2O
hydroxokobolt(II)
(basalt salt)
Steg 2: Co(OH)Cl + HCl CoCl2 + H2O
kobolt(II)
(medelsalt)
5.3.2. Egenskaper hos sura föreningar uppvisar oxider och syror av icke-metaller, såväl som d-metaller i oxidationstillståndet (+5, +6, +7) (se fig. 3).
En karakteristisk egenskap är deras förmåga att interagera med baser, basiska och amfotära oxider för att bilda salter, till exempel:
2HNO3 + Cu(OH)2 → Cu(NO3)2 + 2H2O
2HCl + CaO → CaCl2 + H2O
H2SO4 + ZnO → ZnSO4 + H2O
CrO3 + 2NaOH → Na2CrO4 + H2O
Baserat på närvaron av syre i deras sammansättning delas syror in i syreinnehållande(till exempel H2SO4, HNO3) och syrefri(HBr, H2S). Baserat på antalet väteatomer som finns i en syramolekyl som kan ersättas med metallatomer, finns det monobasiska syror (till exempel väteklorid HCl, salpetersyrlighet HNO 2), tvåbasiska (svavelhaltiga H 2 SO 3, kol H 2 CO 3), tribasisk (ortofosfor H 3 PO 4) etc.
Flerbasiska syror neutraliseras stegvis med bildning av initialt sura och sedan medelstora salter:
H 2 X NaHX Na 2 X
polybasiskt surt medium
surt salt salt
Till exempel kan ortofosforsyra bilda tre typer av salter beroende på det kvantitativa förhållandet mellan syra och alkali som tas:
a) NaOH + H3PO4 → NaH2PO4 + H2O;
1:1 divätefosfat
b) 2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O;
2:1 vätefosfat
c) 3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O.
3:1 ortofosfat
5.3.3. Amfotera oxider och hydroxider form Be, p-metaller belägna nära den "amfoteriska diagonalen" (Al, Ga, Sn, Pb), samt d-metaller i oxidationstillstånd (+3, +4) och Zn (+2) (se fig. 3) ).
Något upplösande, amfotära hydroxider dissocierar både basiska och sura:
2H + + 2– Zn(OH) 2 Zn 2+ + 2OH –
Därför kan amfotära oxider och hydroxider reagera med både syror och baser. När de interagerar med starkare syror, uppvisar amfotära föreningar egenskaperna hos baser.
ZnO + SO3 → ZnSO4 + H2O
syra
Zn(OH)2 + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
basisk syra
anslutningar
När de interagerar med starka baser uppvisar amfotera föreningar egenskaperna hos syror och bildar motsvarande salter. Saltets sammansättning beror på reaktionsbetingelserna. När de smälts bildas enkla "dehydrerade" salter.
2NaOH + Zn(OH)2 → Na2ZnO2 + H2O
syrabas natriumzinkat
förening
2NaOH + ZnO → Na2ZnO2 + H2O
I vattenlösningar alkalier bildar komplexa salter:
2NaOH + Zn(OH)2 → Na2
(vattenhaltigt tetrahydroxozinkat
En sådan svag kemisk interaktion, som vi klassificerar som typ VI, kan uttryckas med följande schema:
Mig"" m OM n= m[Jag""] Jag" + n[O] Jag" ,
var är jag"" m OM n- keramisk eller glasoxid; [Me""] Me" och [O] Me" är fasta lösningar av metall och syre som bildar keramisk oxid i metallen som svetsas till den.
En växelverkan av denna typ kan uppstå när det finns en stor skillnad i Gibbs-energin för bildandet av keram- eller glasoxiden och oxiden av metallen som svetsas.
Möjligheten till en växelverkan av denna typ indikeras till exempel av fenomenen koagulering av förstärkningsfaser (intermetalliska föreningar, oxider, karbider, karbonitrider), som uppstår vid förhöjda temperaturer i dispersionsförstärkta material på grund av upplösningen av små partiklar i matrisen och tillväxten av stora. Möjligheten och graden av sådan interaktion mellan förstärkaren och matrisen bestämmer värmebeständigheten hos kompositmaterial.
För första gången utfördes kvantitativa bedömningar av graden av interaktion under bildningen av fasta lösningar enligt en typ VI-reaktion mellan Al 2 O 3 och nickel i ett sintrat material vid en temperatur (1673 K) av O. Kubashevsky. En detaljerad utveckling av en metod för termodynamisk bedömning av växelverkan mellan eldfasta oxider och en metallmatris av dispersionsförstärkta material utfördes av E.I. Mozzhukhin, vars beräkningsresultat bekräftades på ett tillfredsställande sätt genom kemisk analys av A1 2 O 3 - Mo- och A1 2 O 3 - Nb-systemen efter deras sintring vid temperaturer (0,6-0,8) av matrismetallen.
En typ VI-reaktion kan accepteras som grund för termodynamiska beräkningar om följande villkor är uppfyllda: närvaron av åtminstone en liten löslighet av syre och Me" i den svetsade metallen Me" ingen förändring i den stökiometriska sammansättningen av oxiden; ingen möjlighet till övergång av oxiden som deltar i reaktionen till lägre oxider, brist på möjlighet till löslighet av metallen som svetsas i Me"" m O n.
Underlåtenhet att uppfylla det första villkoret berövar ekvationen i fråga betydelse: den andra - leder till en reaktion av typ V; tredje - typ VI reaktioner; fjärde - nödvändiggör tillägg av reaktionsekvation VI med en annan, med hänsyn till bildandet av en fast lösning Me" in och Me"" m O n av deras gemensamma lösning.
I motsats till reaktionerna av typerna I, II, IV, V diskuterade ovan, för vilka begreppet termodynamisk jämvikt inte är tillämpligt och flödesriktningen (från vänster till höger eller höger till vänster) helt bestäms av tecknet 
, fortskrider typ VI-reaktionen från vänster till höger och fullständigheten av dess förekomst bestäms av jämviktskonstanten lika med produkten av aktiviteterna av syre och Me "" i den svetsade metallen Me". För utspädda lösningar kan aktiviteterna vara tagna lika med koncentrationen (molfraktionen) och, med hjälp av massverkan för en typ VI-reaktion, bestäm deras värde, d.v.s. jämviktskoncentrationen av lösta element i den fasta lösningen baserat på metallen som svetsas kommer att karakterisera jämviktsgraden av interaktion mellan materialen som svetsas.
Termodynamisk beräkning av en typ VI-reaktion med exemplet på ZnS-Me-systemet, som beskriver de metodologiska egenskaperna, ges i arbetet. Resultaten av denna beräkning är, till en första approximation, även tillämpliga på ett liknande ZnO-Me-system, som är av särskilt intresse för att analysera svetsbarheten hos zinkferriter.
Beräkningen är baserad på reaktionen av interaktion med koppar:
ZnS TV = Cu + [S] Cu (7,29)
Beräkningsresultaten visade att när zinksulfid interagerar med koppar är det termodynamiskt möjligt att lösa upp till 0,086 at. % svavel, vilket är en och en halv storleksordning högre än löslighetsgränsen för svavel i koppar vid denna temperatur (0,004 at.%), d.v.s. högre än vad som kan finnas i en mättad fast lösning i jämvikt med lägre kopparsulfid. Det följer att när ZnS interagerar med koppar är bildningen av en viss mängd kopparsulfid Cu 2 S termodynamiskt möjlig.
Följaktligen kan termodynamisk beräkning av interaktion med koppar enligt metoden enligt E.I. Mozzhukhin med hjälp av ekvation (7.29) ger endast ett kvalitativt resultat. Denna teknik är tillämpbar för system i vilka skillnaden i Gibbs-energierna för bildning av den eldfasta oxiden och matrismetalloxiden är i storleksordningen 400 kJ/g syreatom i sulfidsystemen i fråga, detta värde är mycket mindre.
För att erhålla kvantitativa resultat beskrivs ytterligare utveckling av denna teknik nedan.
