Anwendungen thermodynamischer Grundlagen in der Werkstoffchemie

112 Pages·2008·3.13 MB·German

by  Torsten Markus

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H Anwendungen thermodynamischer Grundlagen in
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gli der Werkstoffchemie
Mit
DDrr..--IInngg.. TToorrsstteenn MMaarrkkuuss
Institut für Energieforschung (IEF-2)
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich
[email protected]
T. Markus RWTH-AachenJan 07 1
Inhaltsübersicht
• Kurze Übersicht Forschungszentrum Jülich
• Thermodynamische Grundlagen
• Anwendungen
- Metallhalogenid-Entladungslampen
- Intermetallische Phasen (Al-Fe-Ni)
- CO -Abtrennung aus Kraftwerksabgasen mit Membranen
2
• Methoden
- KEMS (Knudsen Effusions Massenspektrometrie)
- DTA (Differential Thermo Analyse)
- DSC (Differential Scanning Calorimetry
- Thermowaage
- Auslagerungsversuche
- Permeationsversuche
- Modelling (Chemischer Transport; Phasendiagramme; Korrosion)
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gli
Mit
Forschungszentrum
Jülich
in der Helmholtz-Gemeinschaft
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Forschung und Entwicklung
auf 2,2 Quadratkilometern
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Zukunft ist unsere Aufgabe
M
aterie
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nergie
I
nformation
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eben
E
rde und Umwelt
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Research Centre Jülich -Site Map-
Structure
39 Institutes, organized in
10 departments
Employees:
4200 from which are
1100 scientists Partners
400 PhD Federal Republic of Germany (90 %),
150 undergraduates and 350 trainees in 17 professions State of North Rhine-Westphalia (10 %)
700 Visiting Scientists (Capital stock: DM 1 million [511.291 Euro])
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Thermodynamische Grundlagen
∑ ∑
Chemische Reaktion: ν A ⇔ ν A
i i f f
i f
Gibbsenergy: G = G( p,T , v ...ν )
1 N
⎛ ∂G ⎞ ⎛ ∂G ⎞ ⎛ ∂G ⎞
dG = ⎜ ⎟ dp + ⎜ ⎟ dT + ∑⎜ ⎟ dv
⎜ ⎟ ⎜ ⎟
i
⎝ ∂p ⎠ ⎝ ∂T ⎠ ⎝ ∂v ⎠
T,ν p,ν i i T,p,ν
14243i 14243i 14243j≠i
V − S μ
i
Chemisches Gleichgewicht: G = min. ⇒ dG = 0
∑
dT = 0, dp = 0 ⇒ G = μν
i i
i
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chemisches Potential μ
⎛ ∂G ⎞
μ = ⎜ ⎟
Chemisches Potential:
⎜ ⎟
i
∂v
⎝ ⎠
i
T,p,ν
j≠i
∂μ ∂G ∂V RT
i = i = V m = =
i
∂p ∂p ∂ν p
i T i T i i
p
Thermodynamische
⇒ μ(T , p ) = μ(T , p ) + RT ln i
i i i 0 Aktivität p ν
14243 p
a = i = i
0
μ0(T ) i p ν
i 0 0
⎛ p ⎞
⇒ G = ∑μν = ∑⎜μ0 (T ) + RT ln i ⎟ν
⎜ ⎟
i i i i
p
⎝ ⎠
i i 0
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Massenwirkungsgesetz
⎛ p ⎞ ⎛ p ⎞
∑⎜μ0(T) + RT ln i ⎟ν = ∑⎜μ0 (T) + RT ln f ⎟ν
⎜ ⎟ ⎜ ⎟
i i f f
p p
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
i 0 f 0
ΔG0,m
⇒ ln K = − r „Massenwirkungsgesetz“
p
RT
molare Gibbsenergie einer
⎡ ν ⎤
⎛ p ⎞ f
⎢∏⎜ f ⎟ ⎥ Reaktion unter Standarddruck
⎜ ⎟
p
Gleichgewichts- ⎢ ⎝ ⎠ ⎥
K = f 0 ΔG0,m = ∑μ0ν −∑μ0ν
konstante p ⎢ ν ⎥ r f f i i
⎛ p ⎞ i
⎢ ∏⎜ i ⎟ ⎥ f i
⎜ ⎟
⎢ p ⎥
⎣ ⎝ ⎠ ⎦
i 0
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Ziele und Methodik der Experimente zur
Hochtemperatur-Lampenchemie
ZIELE
• Erhöhung der Strahlungsleistung
• Untersuchung von Korrosionsprozessen
METHODEN
• Verdampfungsuntersuchungen mit der
Knudsen Effusions Massen Spektrometrie
• Auslagerungsversuche mit Charakterisierung
• Computergestützte Modellrechnungen
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