Приращение изобарного потенциала вещества при растворении

Согласно уравнению Гиббса для 1 моля вещества при его растворении приращение изобарного потенциала выразится

ΔG_i = ΔH_i – TΔS_i

где ΔН_i = TΔS_i – соответственно энтальпия и энтропия растворения.

Для идеальных растворов ΔН = 0 и ΔS = – R ln N_i

Если ввести обозначения ΔН_i – TΔS = RTln γ_iN_i

то ΔG_i = RT ln a_i

В теории металлургических процессов значения ΔG₁⁰_% вычисляется в расчете на 1 моль растворяемого вещества в предположении, что с растворителем они образуют раствор с концентрацией 1% по массе ( гипотетический раствор ). Принимается, что вещество не меняет агрегатное состояние при переходе в раствор

ΔG₁⁰_% = RTln γ ξ

где ξ =

А_раст – атомный вес растворителя;

А – атомный вес растворяемого вещества.

Если растворяющее вещество твердое, а растворитель жидкий, то

ΔG₁⁰_% = ΔH_пл ( 1 – ) + RTln γξ

В литературе имеются сведения о ΔG₁⁰_% для случая растворения в железе

Взаимодействие с водородом

Источники водорода – атмосферная влага, влага в покрытии электродов или флюсов, влага ржавчины на свариваемых кромках. Образующиеся водяные пары диссоциируют и повышают Н.

В зависимости от температуры водород может быть молекулярным, атомарным и ионизированным.

При высоких температурах идет диссоциация

Н₂ ↔ 2Н – 434,6 кДж/моль и далее ионизация

Н₂ ↔ Н + Н⁺ + – 1748 кДж/моль

х – степень диссоциации.

При температуре столба дуги водород практически полностью диссоциирован.

Практически полное разложение водяного пара с образованием свободного водорода или гидрооксида происходит при взаимодействии с железом и расплавленным шлаком.

Ме + Н₂О = МеО + Н₂

2FeO + H₂O = Fe₂O₃ + H₂

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂О

Если водород в атомарном состоянии, то концентрация в металле подчинена линейному закону Н = К_Рн где К – константа равновесия, зависит от температуры определяется по уравнению

Lg k = – 1745/T – 1,72

Для молекулярного водорода

[ H ] = K

Для смеси атомарного молекулярного водорода

[ H ] = K

где Рн₂н – общее парциальное давление Н₂ и Н;

х – степень диссоциации

Водород растворенный в металле, приводит к различным неблагоприятным воздействиям. Выделение избыточного водорода при кристаллизации вследствие резкого падения растворимости приводит к порообразованию. Наличие в ЗТВ или в наплавленном металле растворенного водорода ведет к хрупкости и замедленному разрушению. Он может диффундировать в ЗТВ вследствие малых размеров атомов Н.