Hvordan beregne en Pourbaix Diagram

De Pourbaix diagrammer, også kjent som potensielle pH diagrammer, spiller en viktig rolle i elektrokjemi og korrosjon vitenskap. Den russiske forskeren Marcel Pourbaix kom opp med ideen til disse diagrammene i 1938, og de indikerer potensielle stabile faser av vandige elektrokjemiske systemer. Å vite og forutsi korrosjonshastighet av ulike metaller i kontakt med væsker med variable pH-verdier kan forbedre sikkerheten og levetiden av skip og oljeplattformer. Du kan lage et diagram for metaller og oksidert arter å finne hvilke arter som er termodynamisk stabile ved forskjellige verdier av elektrodepotensialet og pH.

Bruksanvisning

1 Trekke to akser, en vertikal og en horisontal ett. Tag den vertikale akse eller y-akse med «Ee", som står for likevektspotensialet, også kjent som reversible potensial og er likevektstilstand mellom to oksidasjonstilstander av den samme kjemiske element. Den likevektspotensialet er en variabel og forandrer seg med temperatur, konsentrasjon og trykkvariasjoner. Den horisontale aksen står for pH-verdien. Opprinnelsen til aksene er nivået null for pH og -2 eller -1,8 for Ee. Marker y-aksen hver 0,2 enheter. Mark pH-aksen med nivåer som starter fra 0 til 16. Ee er målt i volt, mens pH-verdien måles i enheter.

2 Finne antall mulige katodiske reaksjoner for vann. Det er to katodiske reaksjoner, så trekke to linjer som representerer disse reaksjonene. En linje starter fra null på y-aksen, og avtar etter hvert som pH-verdien øker. Den andre linjen starter på nivået av 1,2 på y-aksen og går ned ettersom pH øker. Disse linjene er den samme på alle Pourbaix diagrammer, uavhengig av metallet som blir studert.

3 Etablere antall oksyderte arter for metall du studerer. Bruk Nerst ligning for hver oksyderte art å beregne likevektspotensialet.
Den Nerst ligning fastlegger verdien av likevektspotensialet Ee:

Ee = E0 -2,303 RT / zF x log (redusert) / (oksidert)

I denne likningen "E0" er den standard potensial. "R" står for den universelle gasskonstanten, og er lik 8,3145 J K-1-mol-1. "T" er den absolutte temperatur, "z" er antall mol av elektroner som deltar i reaksjonen, mens "F" er Faradays konstant lik 96,485 C pr mol av elektroner. Notasjonen "redusert" står for alle artene som er redusert i elektrodereaksjon, mens "(oksidert)" representerer de oksyderte arter.

4 Skaff verdiene av Ee for hver art av metallet du studerer. Den likevektspotensialet vil avhenge av pH. Beregn Ee for ulike pH-verdier og spore resultatene dine i diagrammet. Metallet vil være immun mot korrosjon når i forhold som er under noen linjer du tegner i Pourbaix diagrammet.

Hint

  • Bruk en vitenskapelig kalkulator som har en funksjon som beregner logaritmer. En slik kalkulator inneholder en "log" -knappen.