حلالیت آهن و اکسید آهن

حلالیت آهن و اکسید آهن

اسلاید 1: عنوان : حلالیت آهن و اکسیدآهن زیر نظر استاد محترم : جناب آقای دکتر موسوی نژاد تهیه کننده : تکتم عاشوری

اسلاید 2: منشأ و تفسیر دیاگرام های پوربهتعادل شیمیایی یک عنصر در محلول آبی را می توان با استفاده از مختصات پتانسیل تعادلی نیم پیل E’ و PH نشان داد. این نمایش گرافیکی را دیاگرام پوربه می نامند. دیاگرام های پوربه، دیاگرامهایی فازی هستند که با استفاده از آن ها می توان شرایط لازم برای پایداری ترمودینامیکی یکفاز آبی تک و یا تعادل این فاز با یک یا چند فاز جامد را تعیین کرد. دراینجا، فلز های جامد تلقی می شوند. فاز آبی توسط اکتیویته ی یون های ساده یا کمپلکس فلزی و PH که به افزودن اسید یا بازی که اثر دیگری نداشته باشند(این حالت ایده آل است) مشخص می شود . هدف از رسم این دیاگرام ها آن است که بتوان اطلاعات زیادی را به سادگی و با سرعت پیش بینی کرد.

اسلاید 3: محورهای مختصات دیاگرام،PH و پتانسیل الکرود می باشد. فرض بر این که PH توسط افزون یک اسید یا باز مناسب ایجاد می شود.برای سادگی مبحث دیاگرام پوربه سیستم آهن/آب ، کلیه پتانسیل های محور عمودی دیاگرام، اعمال می شوند. اگر پتانسیلی به مقدار 1-0.44(SHE) روی الکترود کاری آهن که در تماس با محلول آبی با می باشد اعمال شود آنگاه تعادل آن توسط خط 23(0) روی دیاگرام نشان داده می شود که 0 نشان دهنده اکتیویته ی یون های Fe2+ به مقدار 100تفسیر کامل این خط و سایر خطوط و مناطق (که همگی طبق دیاگرام های منتشر شده توسط آقای پوربه می باشند) به شرح زیر است:

اسلاید 4: خط 23 که شامل (0)23، (2-)23و... می باشد، نشان دهنده ی پتانسیل نیم پیل تعادلی به پتانسیل الکترود آهن به صورت تابیعی از اکتیویته ی Fe2+است.

اسلاید 5: دیاگرام ساده شده پوربه برای سیستم آهن/آب (آهن/اکسید های آهن) (معادله 2.129) خطوط موازی با هم توسط توان 10 که نشان دهنده ی اکتیویته ی یون های Fe2+ درمحلول می باشد از هم جدا شده اند( به عبارت دیگر و سایر مقادیر رقیق تر که نشان داده نشده اند). این خطوط افقی می باشند. زیرا پتانسیل نیم پیل مذکور در مقادیر PH پایین، مستقل از PH می باشد. اگر پتانسیلی که به آهن اعمال می شود کمتر از پتانسیل مربوط به در تماس با آهن باشد آنگاه آ]ن پایدار بوده و خورده نمی شود وبه علاوه، آهن موجود در محلول نیز تمایل دارد که روی الکترود بنشیند. اگر در یک غلظت معین ، Eapplied (پتانسیل اعمالی )بیش از E’ باشد، آنگاه آهن تمایل دارد که وارد محلول شود و غلظت یون های آهن تا زمانی که به مقدار تعادلی به پتانسیل اعمالی برسد افزایش می یابد.

اسلاید 6: •در یک مقدار مشخص ، افزایش PH موجب واکنش زیر می شود:(معادله 2.130 ) 3Fe2+4H2O=Fe3O4+8H++2e(معادله 2.131 ) E’=+980-236PH-89logaFe2+•در طول خط ١٣ ‏شرایط به گونه ای است که فیلم Fe3O4‏روی آهن تشکیل می شود. Fe و Fe3O4‏ در تعادل با هم در تماس با آب حاوی یونهای Fe++ با اکتیویته هایی که تقریبا توسط خط23 مشخص شده اند وجود دارند. در واقع، خط ١٣ ‏مکان هندسی نقاط تقاطع ‏خطوط ٢٣ ‏و 26 است. • بالای خطوط 23 حالت پایدار سیستم به گونه ای است که در واقع کل آهن به محلول وارد می شود(به عبارت دیگر 100ء< (a Fe2+ و نامساوی a Fe3+ <a Fe2+ ‏برقرار است. برای اعمال ‏این پتانسیل ها یک الکترود کاری پلاتینی مورد نیاز است. •خط 4 مربوط به a Fe3+ =a Fe2+ می باشد و در پتانسیل نیم پیل a Fe3+ |a Fe2+ قرار‏ ‏می گیرد.

اسلاید 7: (معادله 2.132‏) E0 Fe2+ . Fe3+= 770 mV (SHE)

اسلاید 8:

اسلاید 9:

اسلاید 10: درسال 1966 پوربه اطس تعادل های شیمیایی در محلول های آبی را منتشر کرد که حاوی دیارگام های پتانسیل الکترود/PH بسیاری از عناصر و نیز اطلاعات تحلیلی که بر اساس آنها دیاگرام بدست آمده اند می باشد . اشکال 2.13 و2.14 از این اطلس بوده و که سیستم آهن/آب را نشان می دهند. فرض کنید که فازهای جامد درحالت اول، آهن و اکسیدهای آن و در حالت دوم، آهن و هیدروکسیدهای آن باشند. توجه شود که این دو دیاگرام، تنها در جزئیات کوچکی با هم متفاوت می باشند که این اختلاف از GFE های هیدروکسید و اکسید نشأت می گیرد ومی توان به شکل زیر نوشت:

اسلاید 11: که در تغییرات متوالی، هیدروکسید فریک به زنگ آهن بدون آب(Fe2O3)تبدیل می شود. پاره خط های خط چین شکل 2.13 . 2.14 مناطقی را که در آنها یون های آهن دار، اصلی ترین اجزاء محلول می باشند از هم جدا می کنند. به عنوان مثال ، شواهد تجربی حاکی از آن است که در پتانسیل های الکترودی مثبت بیش از 1000mV(SHE) و در کلیه ی محلول های قلیایی، اهن به شکل یون های وجود دارد. دیاگرام پوربه برای سیستم مس/آب در شکل 2.15 نشان داده شده است بدیهی است که پتانسیل استاندارد الکترود مس(+337mV) در مقایسه با آهن(-440mV) مثبت تر می باشد. نجیب تر بودن مس باعث می ود که مس از لحاظ ترمودینامیکی در آب پایدارتر باشد و خط (6-)14 نشان دهنده خط a قرار گیرد.

اسلاید 12: شکل : دیاگرام پوربه برای سیستم آهن/آب (آهن/اکسید های آهن)

اسلاید 13: شکل : دیاگرام پوربه برای سیستم آهن/آب( آهن /هیدرکسید های آهن)

اسلاید 14: شکل:دیاگرام پوربه برای سیستم مس/آهن

اسلاید 15: پیش بینی خوردگی با استفاده از دیاگرام های پوربهبا استفاده از دیاگرام پوربه می توان پیش بینی های اولیه بر حسب پتانسیل الکترودی و PH در مورد خوردگی فلزات انجام داد. تأکید می شود که این پیش بینی ها بسیار عمومی است و هنگام استفاده از آنها امکان نتیجه گیری غلط وجود دارد. زیرا با این دیاگرام ها نمی توان عوامل کنترل کننده سرعت خوردگی و یا حالت غیرتعادلی را مشخص کرد.

اسلاید 16: شکل: دیاگرام پوربه برای سیستم آهن/آب.(a) همان شکل 2.11 با مناطق خوردگی، مصونیت و رویین شدن احتمالی(b)شکل کاربردی رایج دیاگرام

اسلاید 17: استفاده از این دیاگرام ها مناطق مصونیت، خوردگی و پسیو آهن، مس، پلاتین و تانتالیون را می توان با هم مقایسه کرد. پلاتین خورده نمی شود. زیرا منطقه مصونیت آن در سرتاسر دامنه PH و نیز تا پتانسیل های بالا امتداد می یابد. تانتالیوم در مقابل خوردگی مقاوم است زیرا منطقه پسیو آن درسرتاسردامنه PH امتداد دارد وفیلم اکسید آن چسبنده و غیر متخلخل می باشد وفلز پسیو می شود اگر چه حد بالایی منطقه مصونیت، زیر خط a قرار دارد و بیانگر آن است که خوردگی باید به طور خودبخودی رخ دهد و هیدروژن متصاعد شود.