Химические реакции и физические превращения

Воздействие на обрабатываемую деталь концентрированными потоками энергии приводит к структурным превращениям в ее поверхностном слое (рис.8.1) и химическим реакциям в ванне расплава (рис.8.2).

Изучение физико-химических превращений складывается из анализа стехиометрических соотношений уравнения равновесия и описания кинетических закономерностей.

Стехиометрическое уравнение является кратким выражением материального баланса реакции:

, (8.1)

где - стехиометрические коэффициенты, для исходных веществ <0, для продуктов реакции >0, А_i – символы веществ участвующих в реакции.

Расчет физико-химического равновесия позволяет выявить возможность получения тех или иных веществ в требуемых количествах, а также оценить содержание в них примесей и побочных веществ. Существует несколько методов термодинамического анализа сложных систем. Простейшие основаны на решении системы уравнений, образованных выражениями для констант равновесия, совместно с уравнениями стехиометрического баланса (8.1). Для многокомпонентных гетерогенных систем, к которым в первую очередь относятся технологические системы, применяются методы основанные на использовании принципов максимума энтропии и минимума свободной энергии Гиббса.

Кинетика реакций и превращений описывается скоростью w_r изменения массы реагентов М в единице объема V для гомогенных реакций

или на единицу поверхности S_r для гетерогенных процессов

.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

,

где n_i – порядок реакции по веществу А_i, (i=1, 2, …, m), k – константа скорости процесса, выражаемая через энергию активации Е уравнением Аррениуса:

здесь k₀ – предэкспоненциальный множитель, R – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура.

Лекция №9