Авторы
Красин В.П., Союстова С.И.
Организация
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный индустриальный университет», Москва, Россия
Аннотация
В связи с тем, что задача экспериментального определения термодинамических характеристик для всех важных с точки зрения развития перспективных реакторных технологий систем является практически невыполнимой, то необходимая информация может быть получена с помощью статистических моделей растворов, позволяющих расчетным путем находить значения термодинамических величин в трех- и четырехкомпонентных системах, используя экспериментальные данные для соответствующих двойных систем. Изложена методика расчета коэффициентов термодинамической активности кислорода и водорода в разбавленных растворах системы Na-O-H в интервале температур 300–600 °С. Рассчитанные по уравнениям координационно-кластерной модели значения коэффициента термодинамической активности водорода в жидком натрии использовались для нахождения равновесного давления водорода над расплавами. Показано, что дополнительная информация о характере межатомных взаимодействий в зависимости от температуры расплава может быть получена из распределения атомов кислорода по кластерам O (Naj B(z1–j)) различного состава. Вероятность образования кластеров, содержащих атом водорода в первой координационной сфере вокруг атома кислорода, возрастает с понижением температуры расплава. Доля кластеров, в которых центральный атом кислорода в своей первой координационной сфере имеет более одного атома водорода, пренебрежимо мала. Результаты расчета сравнивались с известными экспериментальными данными по измерению парциального давления водорода над системой Na(избыток) – Na2O – NaH (при XO = XH). Установлено качественное соответствие между расчетными оценками и результатами эксперимента. Предложенные модельные представления могут быть рекомендованы при критическом анализе экспериментальных результатов (особенно это касается характера температурной или концентрационной зависимости таких термодинамических параметров, как активности, растворимости, парциальные давления компонентов, параметры взаимодействия) для систем, содержащих два неметаллических компонента.
Ключевые слова
термодинамические свойства, концентрация кластеров, первая координационная сфера, равновесное давление, константа реакции, энергетический параметр, тетраэдрическая пустота, металлический растворитель, термодинамическая активность, константа Сивертса
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
1. Oberlin C., Saint-Paul P. Thermodynamic and experimental study of sodium hydroxide decomposition in sodium between 430 and 550° // Material Behavior and Physical Chemistry in Liquid Metal Systems. Edited by H.U. Borgstedt. N.Y.: Plenum Press. 1982. Pp. 275–285.
2. Smith C.A., Whittingham A.C. Thermodynamic and kinetic aspects of oxygen-hydrogen interaction in liquid sodium // Material behavior and physical chemistry in liquid metal systems / Edited by H.U. Borgstedt. N.Y.: Plenum Press, 1982. Pp. 365–374.
3. Ullman H. The reactions of oxygen and hydrogen with liquid sodium – a critical survey // Material behavior and physical chemistry in liquid metal systems / Edited by H.U. Borgstedt. N.Y.: Plenum Press, 1982. Pp.375–386.
4. Knights C.F., Whittingham A.C. The equilibrium hydrogen pressure-temperature diagram for the liquid sodium-hydrogen-oxygen system // Material behavior and physical chemistry in liquid metal systems / Edited by H.U. Borgstedt. N.Y.: Plenum Press, 1982. Pp.287–296.
5. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. М.: Металлургия. 1989. 503 с.
6. Островский О.И., Григорян В.А., Вишкарев А.Ф. Свойства металлических расплавов. М.: Металлургия. 1988. 304 с.
7. Ohtani H., Nishizava T. Calculation of Fe-C-S ternary phase diagram // Transactions ISIJ. 1986. Vol. 26, pp. 655–663.
8. Saboungi M.-L., Caveny D., Bloom I., Blander M. The Coordination Cluster Theory: Extension to Multicomponent Systems // Metallurgical Transactions A. 1987. Vol. 18A, pp. 1779–1783.
9. Saboungi M.-L., Cerisier P., Blander M. The coordination cluster theory – description of the activity coefficients of dilute solutions of oxygen and sulfur in binary alloys // Metallurgical Transactions B. 1982. Vol. 13, pp. 429–437.
10. Chan Y.C., Veleckis E. Thermodynamic investigation of dilute solutions of hydrogen in liquid Li-Pb alloys // Journal of Nuclear Materials. 1984. Vol. 122–123. P. 935.
11. Krasin V.P., Soyustova S.I. Comparison of liquid metal solution model predictions with compatibility data of niobium with liquid sodium // Journal of Nuclear Materials. 2014. Vol. 451, pp. 24–27.
12. Кубашевский О., Олкокк К.Б. Металлургическая термохимия. Перевод с англ. М.: Металлургия. 1982. 393 с.
13. Rumbaut N., Casteels F., Brabers M. Thermodynamic potential of nitrogen, carbon, oxygen and hydrogen in liquid lithium and sodium // Material behavior and physical chemistry in liquid metal systems / Edited by H.U. Borgstedt. N.Y.: Plenum Press, 1982. P. 437.
14. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур: Пер. с англ. М. Мир. 2002. 461 с.
УДК 621.039.534.63
Вопросы атомной науки и техники. Cер. Ядерно-реакторные константы, 2014, вып. 1, 1:6
