Hvordan konstruerer du et Eh-Ph-diagram?

Konstruktion af et EH-PH-diagram:En trin-for-trin-guide

Eh-Ph-diagrammer, også kendt som Pourbaix-diagrammer, er kraftfulde værktøjer, der bruges i kemi og miljøvidenskab til at visualisere stabiliteten af ​​forskellige kemiske arter som en funktion af pH og redoxpotentiale (EH). Sådan kan du konstruere en:

1. Definer systemet:

* Kemiske arter: Identificer de kemiske arter, du vil medtage i diagrammet. Dette kan være et enkelt element eller et sæt relaterede forbindelser.

* Betingelser: Specificer temperaturen, trykket og andre relevante betingelser i dit system.

* Koncentration: Beslut om koncentrationen af ​​de kemiske arter. De fleste EH-PH-diagrammer tegnes for en bestemt koncentration (f.eks. 1 m), men du kan justere dette til specifikke applikationer.

2. Saml termodynamiske data:

* Standardreduktionspotentialer: Find standard reduktionspotentialer (E °) for relevante redoxreaktioner, der involverer de kemiske arter. Disse oplysninger findes typisk i tabeller eller databaser.

* ligevægtskonstanter: Bestem ligevægtskonstanterne (K) for alle relevante reaktioner, der involverer arten. Du kan beregne disse ved hjælp af Gibbs Free Energy Change (ΔG °) eller finde dem i litteratur.

* Andre termodynamiske data: Du har muligvis brug for andre termodynamiske data, såsom entalpiændring (ΔH °), entropiændring (ΔS °) og aktivitetskoefficienter for specifikke anvendelser.

3. Skriv de kemiske reaktioner:

* redoxreaktioner: Skriv de afbalancerede kemiske ligninger for alle mulige redoxreaktioner, der involverer de kemiske arter.

* syre-base-reaktioner: Medtag relevante syre-base-reaktioner for at redegøre for ændringer i pH.

4. Udled NERNST -ligningerne:

* for hver redoxreaktion: Brug Nernst -ligningen til at udtrykke redoxpotentialet (EH) som en funktion af pH og koncentrationerne af reaktanter og produkter.

* nernst ligning: Eh =e ° - (rt/nf) ln (q) hvor:

* EH:Redox Potential

* E °:Standardreduktionspotentiale

* R:Ideel gaskonstant

* T:Temperatur

* N:Antal overførte elektroner

* F:Faraday Constant

* Q:Reaktionskvotient

5. Plot ligevægtslinjerne:

* for hver reaktion: Plot linjen, hvor reaktionen er ved ligevægt (eh =0) på en graf med pH på x-aksen og eh på y-aksen.

* hældning: Hældningen af ​​hver linje bestemmes af antallet af overførte elektroner (N) og antallet af protoner (H+) involveret i reaktionen.

* aflytning: Linjernes aflytning bestemmes af standardreduktionspotentialet (E °) og ligevægtskonstanten (K) for reaktionen.

6. Definer stabilitetsfelter:

* Stabilitetsfelt: Området på EH-PH-diagrammet, hvor en specifik kemisk art er termodynamisk stabil.

* Identificer stabile arter: For hvert punkt på diagrammet skal du bestemme de stabile arter baseret på de reaktioner, der favoriserer enten oxidation eller reduktion af denne art.

* etiketstabilitetsfelter: Mærk hver region med de dominerende kemiske arter, der er stabil i dette område.

7. Tilføj yderligere oplysninger:

* Korrosion: Du kan inkludere linjer, der repræsenterer metallernes korrosionspotentiale til praktiske anvendelser.

* ph og eh intervaller: Tilføj linjer, der repræsenterer specifikke pH- og EH -interesseområder, ligesom dem, der findes i naturlige farvande eller industrielle processer.

* Andre arter: Overvej at inkludere stabilitetsfelterne for andre relevante arter i det samme system.

8. Fortolk Eh-Ph-diagrammet:

* forudsige kemisk adfærd: Diagrammet hjælper med at forudsige opførslen af ​​en given kemisk art under specifikke betingelser for pH og EH.

* Identificer dominerende arter: Du kan nemt identificere de dominerende kemiske arter under et givet sæt betingelser.

* Analyser miljøsystemer: EH-PH-diagrammer bruges i miljøkemi til at forstå skæbnen og transporten af ​​metaller og andre forurenende stoffer.

Softwareværktøjer:

* Specialiseret software som "Chemeql" eller "Geochemist's Workbench" kan bruges til at generere EH-PH-diagrammer.

* Regnearksoftware som Excel kan også bruges til at beregne og plotte dataene, men det kræver mere manuel indsats.

Bemærk: Konstruktion af et EH-PH-diagram kan være kompleks, især for multikomponentsystemer. Se altid pålidelige termodynamiske data og konsulter relevant litteratur for specifikke applikationer.