材料化学4.7金属的氧化 本文关键词:氧化,化学,金属,材料,4.7
材料化学4.7金属的氧化 本文简介:4.7金属的氧化0AAOO2x=0x=M金属表面的氧化反应如图所示,由于氧离子的半径很大,穿过氧化物层的扩散速率很小,可以忽略不计,。∴其中D为金属离子扩散系数;C为金属离子的浓度。如果氧化物层很薄,可以近似把A2+在膜中的分布看成是线性分布,则有:CM、C0分别为M、0处的离子浓度。任意厚度M处的
材料化学4.7金属的氧化 本文内容:
4.7
金属的氧化
0
A
AO
O2
x=0
x=M
金属表面的氧化反应如图所示,由于氧离子的半径很大,穿过氧化物层的扩散速率很小,可以忽略不计,。
∴
其中D为金属离子扩散系数;C为金属离子的浓度。
如果氧化物层很薄,可以近似把A2+在膜中的分布看成是线性分布,则有:
CM、C0分别为M、0处的离子浓度。
任意厚度M处的瞬间物质流为:
或
,k为常数,单位mol/cm?s
同时
,即膜的生长速率,
∴
∴
∴:塔曼常数,单位m2/s
所以氧化物层厚度随时间的变化速率呈抛物线特性。在实验室里通常采用测量单位面积的氧化增重的方式进行表征。
:氧化物中氧的密度
∴
如果阴阳离子半径相差不多,则两种离子均会发生扩散迁移。例如Fe的表面生成Fe2O3的反应。
(1)
根据前面的知识,
∴Ci:迁移物质的浓度
∴
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
∵
(8)
如果生成的化合物为AaBb,
(9)
(10)
联立方程得到,
(11)
又有,
(12)
(13)
在平衡状态下,
(14)
(15)
对于A-B二元体系,根据Gibbs-Duham方程,
(16)
将(14)、(15)、(11)式代入(7)式中,消去、、得,
(17)
(18)
(原子/cm2s)
(mol/cm2s)
4.8
传质(mass
tracnsfer)
对于固-液两相界面处的传质问题,有许多理论模型对其进行描述,下面讨论几种常用模型。
※
有效边界层模型。
其中,为浓度边界层,为速度边界层,。随着液体搅拌速度的加快,边界层的厚度会变小,即加快了传质进程,使液态中溶解浓度尽快达到平衡。
为有效浓度边界层。
定义为传质系数。
※
界面渗透模型
边界条件:
菲克第二定律的解,
∴
界面上有,
得到传质系数停留时间
※
表面更新模型
S:平均表面更新速率
流体基本知识
dy
V
y
x
v
v+dv
:速度梯度
剪切内摩擦力F
定义为粘度系数,单位为g/cm
s。
1883年,雷诺(Reynolds)发表了对流体层流、湍流的系统研究的文章。
:临界速度
:流体密度;
:管径
∴
Re:雷诺准数,无量纲
层流
湍流
过渡区
流体流过物体时,存在层流边界层与湍流边界层。
层流边界层厚度
湍流边界层厚度
浓度边界层与速度边界层有如下关系,
Sc定义为Schmid准数
∴浓度边界层厚度
有效浓度边界层厚度
4.9
多层膜传质及其控速环节
A
B
A→B
整个过程分为如下环节,
1)
流体中A组元扩散到界面处;
2)
在固-液界面发生化学反应A→B;
3)
B组元扩散到液体内部。
、分别为无穷远处和界面处A的浓度,
、为无穷远处和界面处的B的浓度。
在不同的反应条件下,反应的影响因素时不同的,例如在高温下,反应速度快,反应很快达到平衡,,整个反应由扩散过程控速。
∴,又有
∴
为了维持整个过程的正常进行,总反应速度
A
B
A→B
A→B
A
B
∴
如果,,;
如果,,
控速环节的图示如右图。