Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών

Transcript

1 Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών Ενότητα: Εργαστηριακή Άσκηση 5 Τίτλος: Μελέτη διαγράμματος ισορροπίας φάσεων διμερούς συστήματος Να 2 Ο/ SiO 2 Ονόματα Καθηγητών: Κακάλη Γ., Μουτσάτσου Α., Μπεάζη Μ., Ρηγοπούλου Β., Φτίκος Χ., Βόγκλης Ν., Κωστογλούδης Γ., Μπαδογιάννης Σ. Σχολή Χημικών Μηχανικών

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 2

3 Περιεχόμενα Μελέτη διαγράμματος ισορροπίας φάσεων διμερούς συστήματος Να 2 Ο/ SiO Σκοπός Εισαγωγή Πειραματική διαδικασία Ζητούμενα Βιβλιογραφία

4 1.1 Σκοπός Σκοπός της άσκησης αυτής είναι η μελέτη του διαγράμματος ισορροπίας φάσεων του διμερούς συστήματος της πυριτίας και του υποξειδίου του νατρίου και η παρασκευή, με βάση το διάγραμμα, ευτηκτικών μιγμάτων Να 2 0/ SiO Εισαγωγή Γενικά τα διαγράμματα ισορροπίας φάσεων αποδίδουν γραφικά τη θερμοδυναμική ισορροπία ενός συστήματος για συγκεκριμένες συνθήκες πίεσης, θερμοκρασίας και σύστασης. Μας πληροφορούν για τον αριθμό των φάσεων που συνυπάρχουν σε οποιαδήποτε ισορροπία, για τη σύσταση της κάθε φάσεως, για τα σχετικά ποσά των φάσεων και για τη μικροδομή του συστήματος. Τα μίγματα πυριτίας με οξείδια των αλκαλίων δίνουν περίπλοκα διαγράμματα φάσεων που έχουν σαν κύριο χαρακτηριστικό τους το πλήθος των ενώσεων και των ευτηκτικών σημείων που προκύπτουν. Στον πίνακα 1 δίνονται τα βασικά γνωρίσματα των παραπάνω διμερών μιγμάτων. Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά στοιχεία των συστημάτων πυριτίας - οξειδίων αλκαλίων οξείδιο ενώσεις ευτηκτικά μίγματα Li 2 O ενώσεις - Li 2 Si 2 O 5 Li 2 SiO 3 Li 4 SiO 4 σ.τ Li 2 O 17% 44% 49% σ.τ Νa 2 O ενώσεις - Na 2 Si 2 O 5 Na 2 SiO 3 Na 4 SiO 4 σ.τ Na 2 O 28% 37% 55% σ.τ K 2 O ενώσεις K 2 Si 4 O 9 K 2 Si 2 O 5 K 2 SiO 3 - σ.τ K 2 O 26.4% % σ.τ Rb 2 O ενώσεις Rb 2 Si 4 O 9 Rb 2 Si 2 O σ.τ Rb 2 O 16% 25% 43% σ.τ Cs 2 O ενώσεις Cs 2 Si 4 O 9 Cs 2 Si 2 O 5 σ.τ Cs 2 O 14% 23% σ.τ Στο σχήμα 1 φαίνεται το πλήρες διάγραμμα ισορροπίας φάσεων του διμερούς συστήματος του οξειδίου του νατρίου και της πυριτίας. Ανάλογα με τη σύσταση του μίγματος σχηματίζονται διάφορες πυριτικές ενώσεις του νατρίου με ποικίλα θερμικά χαρακτηριστικά. Από το διάγραμμα παρατηρούνται τα εξής: 4

5 Η ύπαρξη 3 ευτηκτικών σημείων, των οποίων οι συστάσεις και η θερμοκρασία δίνονται παρακάτω: 1. Τ= 785 ο C, 28%Να 2 Ο και 72%SiO 2 2. T= 880 o C, 35% Να 2 Ο και 65% SiO 2 3. T=1050 o C, 55% Να 2 Ο και 45% SiO 2 Μικρή διαφοροποίηση ως προς την θερμοκρασία των ευτηκτικών όπως αυτά παρουσιάζονται στον πίνακα 1 και το σχήμα 1. Αυτό μπορεί να δικαιολογηθεί από τις διαφορετικές συνθήκες διεξαγωγής των μετρήσεων. Σχήμα 1. Διάγραμμα ισορροπίας φάσεων στο σύστημα SiO 2 -Na 2 O 1.3 Πειραματική διαδικασία 1. Με βάση το διάγραμμα φάσεων επιλέγονται οι ευτηκτικές συστάσεις του μίγματος Να 2 0/ SiO 2 35:65 και 55:45. Παρασκευάζονται μίγματα των παραπάνω συστάσεων. 2. Τα μίγματα θερμαίνονται μέχρι τήξεως και κατόπιν ψύχονται. Από το διάγραμμα του σχήματος 1 γίνεται επιλογή της θερμοκρασίας στην οποία θα θερμανθεί κάθε μίγμα. 5

6 3. Το ψυχθέν υλικό λειοτριβείται και εξετάζεται με περίθλαση ακτίνων Χ προς πιστοποίηση των κρυσταλλικών ενώσεων που έχουν δημιουργηθεί. 1.4 Ζητούμενα 1. Να δικαιολογηθούν τυχόν αποκλίσεις από το διάγραμμα του σχήματος Να εξαχθούν συμπεράσματα ως προς την συμπεριφορά τέτοιων συστημάτων και τις πιθανές εφαρμογές τους με χρήση βιβλιογραφικών δεδομένων. 1.5 Βιβλιογραφία 1. KINGLEY, H.K. BOWEN, P.R. UHLMANN, Introduction to ceramics, John Wiley, 2 nd edition, U.S.A, REX.W. GRIMSHAW, The chemistry and physics of clays and allied ceramic materials, Ernest Benn Limited, 4 th Εdition, London,