Скачать .docx |
Реферат: 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 дво- або трьох-валентні.
У якості буферних сумішей, які задають потрібний тиск (летючість) О2 , використовуються такі суміші оксидів: Fe2 O3 – Fe3 O4 , Mn2 O3 – MnO2 , Ni – NiO, Fe3 O4 + SiO2 → Fe2 SiO4 , Fe3 O4 – FeO, Fe – FeO та інші.
Оксиди у вказаних сумішах зв’язані реакцією виділення або поглинання кисню:
1. Fe2 O3 + ½O2 = Fe3 O4 Кбуф 1 = 1/PO2 1/2
2. Mn2 O3 + ½O2 = 2MnO2 Кбуф 2 = 1/PO2 1/2
3. Ni + ½O2 = NiO Кбуф 3 = 1/PO2 1/2
4. 2Fe3 O4 + 3SiO2 = 3Fe2 SiO4 + O2 Кбуф 4 = PO2
5. Fe3 O4 = 3FeO + ½O2 Кбуф 5 = PO2 1/2
6. Fe + ½O2 = FeO Кбуф 6 = 1/PO2 1/2
Якщо під час досліду суміш вихідних і кінцевих твердих фаз зберігається, то тиск О2 буде сталим, різним для різних буферів, оскільки ln Kбуф = -(ΔGo (T, P)реакції ) / (RT).
СХЕМА ДОСЛІДУ
У зовнішній ампулі (або сосуді) маємо буфер,
наприклад Ni – NiO, та воду. Реакції:
(1) Ni + ½ O2 = NiO Кбуф = 1/PO2 1/2
(2) H2 O = H2 + ½O2 КH2O = (PH2 * PO2 1/2 )/PH2O
Оскільки PO 2 за рахунок реакції (1) підтримується
незмінним, то PO 2 1/2 = 1/Kбуф . Вносимо це значення PO 2 1/2 у рівняння дисоціації води (2) . Отримаємо:
КH 2 O = (PH 2 * 1) / (PH 2О * Кбуф ),
КH 2 O * Кбуф = К = PH 2 / PH 2О (3) .
Крім того, виконується рівняння загального тиску:
Pзаг = PH 2О + PH 2 + PО2 ≈ PH 2О + PH 2 (4) — PО2 дуже мале.
З рівнянь (3) і (4) випливає, що при заданому PО2 і Pзаг будуть сталими і відомими PH 2 і PH 2О 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:
H2 O = H2 + ½O2 КH2O = (PH2 * PO2 1/2 )/PH2O (5)
Оскільки водень проходить через стінку, то PH 2 внутр амп = PH 2 зовн амп , тобто Pзаг внут = Pзаг зовн . Оскільки на внутрішню ампулу діє те ж Pзаг , а Pзаг внут амп = PH 2О внутр + PH 2 внутр , то в малій ампулі і PH 2О внутр = Pзаг зовн - PH 2 зовн – дорівнює PH 2О зовн – тобто дорівнює тиску води у зовнішній ампулі.
Значить, у рівнянні константи води (5) тиск кисню PO 2 – буде такий як і у зовнішній ампулі (або сосуді) (у рівняннях (2) і (5) значення PH 2О і PH 2 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 ≈ 500о С. 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 + ½S2 = FeS2 ) та інші. Оскільки CO, CO2 і S2 через платину дифундують, то використовують метод обжатої ампули ( а не запаяної).