Termodinámica de Materiales – 1º semestre 2008

Pauta Corrección 1º PEP Termodinámica de Materiales – 1º semestre 2008.

1- Se desea realizar un tratamiento térmico a una pieza de cobre a 800 ºC.

(a) determinar cuál es la máxima presión de oxígeno que puede tener la atmósfera del horno de tratamiento de manera que no se produzca oxidación de la pieza. (0,7 Puntos)

2Cu(s) + ½ O2 (g) = Cu2O(s)                 ΔGº= -162.200 + 69,24 T (J)

ΔGº= -162.200 + 69,24 T (J)= -87905,48 J

ΔGº = -RTln kp ⇒ ln kp= - ΔGº/ RT=  ⇒ kp = 19022

kp = [pic 1] ⇒ [pic 2]= 2,8 10-9 atm

(b) explique claramente el concepto de presión de oxígeno de equilibrio e indique que sucedería con el equilibrio de la reacción si la presión de oxígeno del sistema es mayor o menor que la de equilibrio. Esquematice en un diagrama log [pic 3] vs. 1/T los correspondientes campos de estabilidad. (0,7 Puntos)

[pic 4] presión de oxígeno a la cual coexisten en equilibrio Cu(s), O2(g) y Cu2O(s)

si [pic 5] > [pic 6] oxidación, coexisten en equilibrio Cu2O(s) y O2(g)

si [pic 7] < [pic 8] descomposición del óxido, coexisten en equilibrio Cu(s) y O2(g)

[pic 9]

(c) compare con valor de presión de oxígeno de equilibrio que obtiene con el diagrama de Ellingham. ¿Con qué relación H2/H2O y CO/CO2 está en equilibrio la reacción de oxidación del cobre? (0,7 Puntos)

[pic 10]

[pic 11] ≈ 10-9

[pic 12] ≈ 10-9

[pic 13] 6 10-5

[pic 14] 7 10-5

(d) la bomba de vacío conectada al horno es capaz de alcanzar una presión de 5x10-5 mm Hg (asuma que el aire contiene 21% en volumen de oxígeno y 1 atm=760 mm Hg) ¿es posible realizar el tratamiento en esas condiciones? (0,7 Puntos)

[pic 15] = 5 10-5 mm Hg x 0,21 = [pic 16] x 0,21= 1.4 10-8 atm

[pic 17] > [pic 18] Hay formación de óxido, por lo tanto no es posible realizar el tratamiento en esas condiciones.

(e) ¿qué materiales podría utilizar para evitar la oxidación del cobre? (0,2 Puntos)

Cualquier elemento que esté ubicado por debajo del Cu en el diagrama de Ellingham

2- Enuncie las leyes de Raoult y Henry, en términos de presiones parciales y actividades, ¿a qué rangos de composición son aplicables dichas leyes? ¿Cuáles son las propiedades de una solución ideal y de una solución regular? (0,5 Puntos)

Ley de Raoult: aplicable a todo el rango de composición.

[pic 19]

ai = xi

Ley de Henry: aplicable a soluciones diluidas.

[pic 20]

ai = γi xi

Solución Ideal

[pic 21]

[pic 22]

[pic 23]

[pic 24]

[pic 25]

[pic 26]

Soluciones regulares

[pic 27]

[pic 28]

[pic 29]

[pic 30]

[pic 31]

3- En una solución binaria A-B indicar cómo deberían ser los valores absolutos de los enlaces A-A, B-B y A-B para obtener solución ideal, desviación negativa de la idealidad y desviación positiva de la idealidad. (0,5 puntos)

A-B = A-A = B-B solución ideal γ=1, ∆HM=0

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