Диаграмма Пурбе для системы цинк – вода

Диаграмма Пурбе для системы цинк – вода

В системе Zn-H2O твердыми являются элементарный цинк и гидрооксид цинка. В жидком могут быть Zn+2 и HZnO2-. Соответственно этому должны быть рассмотрены условия равновесия между:

1. ионами в растворе;
2. твердыми фазами в присутствии воды;
3. ионами и твердыми фазами;

При расчете взяты следующие значения стандартных величина энергий Гиббса соединений и ионов:

Соединения или ионы	Zn(OH)2	Zn+2	HZnO2-	H2O
ΔG (кДж/моль)	-147,2	-555,9	-779,1	-237,2

 

 

1. Равновесие между ионами Zn+2 и HZnO2- в растворе. Соотношение между активностями ионов Zn+2 и HZnO2- определяется равновесием реакции

Zn+2+2H2O= HZnO2-+3H+ ; ΔG0= -779,1+2*237,2+147,2=-107,5 кДж/моль

 

 

=-107,2 /(2,3*8,314*298)= -18,86

 

Поскольку данная реакция не является окислительно-востановительной соотношение между ионами функцией PH. При построении диаграмм для систем, содержащих различные ионы в водной фазе, уравнение решают для частного случая, когда активности ионов, находящихся в равновесии равны между собой. Если то

pH=18,86 / 3=6,28

На диаграмме это соотношение  изображено линией, параллельной оси ординат при pH=6,28 (1’).Слева от линии присутствуют ионы Zn+2 ,а справа преобладают HZnO2-.

 

 

2. Равновесие Zn-Zn(OH)2.Взаимодействие между Zn и H2O образованием гидрооксида описывается уравнением Zn+2H2O=Zn(OH)2+2H++3e;

ΔG0=-555,9-2*(-237,2)= -81,5

=81,5/2*96485=0,422

Следовательно, φ=-0,422+(0,059/3)lga3H+=0,422-0,059pH.

Линию построим по точкам.

φ		-0,5
pH	5,76	15,62

 

 

3. Равновесие между ионами Zn+2 и Zn(OH)2 в растворе описывается реакцией: Zn+2+2H2O=Zn(OH)2+2H+;

     ΔG0=-555,9-2*(-237,2)+147,2=-65,7

 

 

 

=65700/ (2,3*8,314*298)= 11,52

 

 

Из уравнения видно, что логарифм активности ионов Zn+2 ,находящихся в равновесии с гидрооксидом является линейной функцией pH. Каждому значению соответствует определенное значение pH. Если =0 то pH=5,76 .На диаграмму нанесены семейство прямых линий соответствующей активности ионов параллельные оси ординат (при=-2,-3,   -4).

Как можно  видеть на диаграмме, с повышением активности Zn+2 pH уменьшается.

 

 

 

 

4. Равновесие между ионами Zno2- и Zn(OH)2.

Zn (OH)2= HZnO2- +H+

ΔG0=-779,1-(-555,9)= 223,2

 

 

=-223200/(2,3*8,314*298)=-39,1

 

Каждому значению соответствует определенное значение pH(при =-2,-3, -4).

. Если =0 то pH =

 

5. Равновесие Zn - Zn+2.Ионы Zn+2 являются продуктом окисления Zn:

Zn= Zn+2+2е ;     φ= φ0+(0,059/2)lgaZn+2 ;

=-147200/(2*96485)= -0,76

Отсюда φ= -0,76+0,03 lgaZn+2

Для рассматриваемой реакции потенциал является функцией логарифма активности ионов Zn+2 и не зависит от pH раствора. Поэтому каждому значению lgaZn+2 соответствует определенное значение потенциала (при=-2,-3, -4).

. Равновесию между цинком и ионами Zn+2 на диаграмме соответствуют линии параллельные оси абсцисс.

 

6. Равновесие между Zn и ионами HZnO2-.Образование ионов HZnO2- можно представить как результат реакции Zn+2H2O= HZnO2- +3H++2e

 

ΔG0=-779,1-2*(-237,2)= -305

 

=305000/(2*96485)= 1,58

 

 

φ= 1,58+0,0295 lga2HZnO2-- 0,0886pH

Линию построим по точкам

φ	-1,88	-2,85
pH	39,1	50

 

 

Равновесный потенциал для реакции является функцией активности ионов HZnO2- и pH.Для каждого значения активности ионов равновесие изображается прямой линией с угловым коэффициентом - 0,0886 (при =-2,-3, -4).

Диаграмма Пурбе для системы кобальт-вода  
На сводной диаграмме системы границами полей устойчивости являются соответствующие изолинии (линии, отвечающие одинаковым значениям активности ионов). В левой части диаграммы при pH<6,3 (в зависимости от активности ионов), находится область устойчивого состояния ионов Co+2  в растворе; в правой части при  pH>19,1 область стабильных анионов  HCoO2- .между этими областями расположена область стабильного существования Co(OH)2  в контакте с водными растворами. Как видно из рисунка кобальт стабилен в водном растворе т.к.находится над линией (a).

Из построенной диаграммы  можно видеть, что линии, идущие параллельно оси абсцисс соответствуют равновесию реакции, в  которых ионы H+ и OH- не участвуют; линии параллельные оси ординат, изображают равновесие реакции, в которых происходит изменение степени окисления металла (например, Co+2 - HCoO2-  или Co+2  - HCoO2- ). Во всех случаях когда протекает окислительно-восстановительная реакция с участием H+ и OH- -ионов, линии имеют угол наклона к координатным осям отличающийся от 0 или 90 градусов