Химия /
РАСЧЕТНО ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
По Предмету «Физико-химические основы
технологии электронных средств»
Вариант № 25
Преподаватель:
Вигдорович Е.Н.
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИЙ
1. Используя втрое приближение рассчитать значение свободной энергии Гиббса для заданной реакции и температуре и рассчитать константу равновесия Кр
Данные для расчета:
SiHCl3=Si+HCl+Cl2
Температура 700°С
Вещество SiH3Cl Si HCl Н2
-∆H298 Кдж/моль 172,8 0 88,3 0
S298 Дж/моль град 239,2 75,4 178,4 125,2
Cp Дж/моль град 48,2 23,8 27,8 27,5
Втрое приближение
∆ Cp=const=a
тогда ∆ZT=∆H298 – T ∆S298 + a T M
где М= lnT/298-1+298/T
Для расчета химических и тепло химических процессов, протекающих при постоянном давлении, необходимы данные по двум термодинамическим свойствам каждого вещества, участвующего в этих процессах: энтальпии ∆HТ и энтропии ∆SТ. Например для обратимой реакции
aA + bB = cC+ dD
∆HТ = -a∆HA - b∆HB + c∆HC + d ∆HD
Аналогично можно записать для ∆SТ, ∆Cp
Значение ∆HТ, ∆SТ и ∆Cp для продуктов реакции берутся со знаком "+", а значения для исходных веществ со знаком "-".
∆HТ = -∆HSiH3Cl + ∆HSi + ∆HHCl + ∆HН2 = 172800-88300=84500 Дж/моль
∆SТ = -∆SSiHCl3 + ∆SSi + ∆SHCl + ∆SCl2 = -239,2+75,4+178,4+125,2=139,8Дж/моль град
∆CpТ = -∆CpSiHCl3 + ∆CpSi + ∆CpHCl + ∆CpCl2 = -48,2+23,8+27,8+27,5= 30,9Дж/моль град
М= lnT/298-1+298/T= ln973/298-1+298/973= 0,489559866
∆ZT=∆HT – T ∆ST - a T M= -66244,36
Константа равновесия связана с изобарно-изотермическим потенциалом (свободной энергией Гиббса) соотношением
lnKp=-∆ZT /RT
lnKp= 66244,36/8,314*973=8,19
Kp= exp(8,2)= 3600,8
2. Рассчитать изменение lnKp в интервале температур 500-1000°С и построить зависимость в координатах lnKp = f(1/T)
∆ Cp=const=a
М= lnT/298-1+298/T
∆ZT=∆H298 – T ∆S298 + a T M
lnKp=-∆ZT /RT
Температура, С° 500 600 700 800 900 1000
lnKp 4,93 6,72 8,19 9,42 10,47 11,38
3. Рассчитать равновесную температуру процесса
∆ZT=0
М= lnT/298-1+298/T
∆ZT=∆H298 – T ∆S298 + a T (lnT/298-1+298/T) =∆H298 – T ∆S298 + a T lnT/298 - a T +298a
∆H298 – T ∆S298 + a T lnT/298 - a T +298a =0
∆H298 = 84500; ∆S298= 139,8; a = ∆Cp=30,9;
T=581 K
4. Сделать заключение о направлении и характере протекания реакции.
Если ∆ZT отрицательно, то реакция протекает в прямом направлении, если положительно, то в обратном.
В данной реакции значение ∆ZT (∆ZT=-66244,36) отрицательно, следовательно реакция протекает в прямом направлении.
Если численное значение Kp велико, то равновесие в реакции сдвинуто в образования продуктов реакции.
В данной реакции значение Kp (Kp= 3600,8) велико, следовательно равновесие в реакции сдвинуто в продуктов реакции.
Если зависимость lnKp = f(1/T) возрастающая, то реакция идёт с поглощением тепла, если убывающая – с выделением.
На графике видно, что зависимость lnKp = f(1/T) возрастающая, следовательно реакция идёт с поглощением тепла
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА НАПЫЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛЕНКИ
1. Коротко описать механизм образования сплошной металлической пленки при вакуумном напылении
Возможны три варианта поведения атомов газовой фазы после соударения их с подложкой. Адсорбированные атомы могут мигрировать по поверхности и, сталкиваясь с другими атомами, образовывать скопления адсорбированных атомов. Такие агрегаты должны быть более стабильны, чем отдельные адсорбированные атомы, поскольку меду между атомами в скоплениях существуют силы связи, характеризуемые энергией конденсации. Однако до тех пор пока скопления имеют очень малые размеры, отношение их поверхности к объему весьма велико. Такие скопления обладают высокой поверхностной энергии, что делает их менее стабильными, так как большая величина поверхностной энергии приводит к увеличению давления пара над поверхностью по сравнению с массивным конденсатом, и следовательно, к диссоциации этих скоплений . Добавление ещё одного атома к скоплению критического размера повышает устойчивость такого скопления, а удаление – к снижению.
2. Рассчитать объемную свободную энергию материала
Данные для расчета
Металл Температура, С° lgP=A-B/T 1(1000C) эрг/см2 ∆/∆T
A B
Ni 700 11,396 18881 1550 0,42
a1=2π; a2= π; a3=2π/3; 2=0,81; 1=500
fv=(-RT/V)/ln(NK/NH)
NK/NH=PT/P298
lgPT=11,396-18881/973= -8
lgP298=11,396-18881/298= -53
lg(PT/P298)= lgPT -lgP298= 45
R/V=3,73*105
fv=(-973*3,73*105*10-6)/ 45=-8,1*1012 эрг/м2
3. Рассчитать критический размер скопления, т.е. минимальную толщину сплошной пленки
r*= -2(a11+a22-a32) / 3a3fV= 3,85*10-10 м
4. Рассчитать критическую свободную энергию конденсации металлической пленки
∆F*= 4(a11+a22-a32)3 / 27a3f2V= 10-15 эрг/м
5. Рассчитать скорость роста пленки
I=K exp(-m∆F*/kt)
m=10-3
k=1,38*10-16
I=K e-m∆F*/kt=9,99993*10-11 м/с
6. Найти время, необходимое для образования сплошной пленки
τ = r*/I= 3,85 с
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА
1. Для заданного типа химического источника тока рассчитать ∆GT для стандартных условий: 25° C, aBO=1
Для заданного типа химического источника тока рассчитать ∆GT для стандартных условий: 25° C, aBO=1
HgO + Zn= ZnO(раств) + Hg
Вещество HgO Zn ZnO Hg
-∆H298 Кдж/моль 90,9 0 348,3 0
S298 Дж/моль град 70,5 78,2 43,5 42,6
∆HТ = -∆H HgO - ∆H Zn + ∆H ZnO + ∆H Hg =90900-348300= -257400Дж/моль
∆SТ = -∆S HgO - ∆S Zn + ∆S ZnO + ∆S Hg = -70,5-78,2+43,5+42,6=-62,6Дж/моль град
∆GT= ∆H-T∆S= -195238,2 Дж
2. Рассчитать электродвижущую силу Ео для стандартных условий
∆GT= ∆H-T∆S= - nFEo
Eo= -∆GT/nF
F=96493
Eo= 1,01 В
3. Рассчитать электродвижущую силу Ео при температурах: -25°C, 0°C, +25°C, +50°C
∆GT= ∆H-T∆S
Eo= -∆GT/nF
Температура, С° -25 0 25 50
Ео, В 1,2468 1,23873 1,2306 1,22251
4. Рассчитать электродвижущую силу Ео с учётом активности aBO при температурах: -25°C, 0°C, +25°C, +50°C
∆GT= ∆H-T∆S
Eo= -∆GT/nF
Е=Еo – (RT/nF)lnaBO
Температура, С° -25 0 25 50
E, В 1,2574 1,2503 1,2432 1,23605
5. Полученные результаты изобразить графически Е=f(T)
без учета активности аВО
с учётом активности аВО
|
|