Заочные электронные конференции
Логин   Пароль  
Регистрация Забыли пароль?
 
     
Компьютерное моделирование экспериментального определения термодинамического потенциала ОВ-системы
Боровская Л.В., Коваленко С.С., Бачурин Е.С., Бондаренко Д.Е.


Для чтения PDF необходима программа Adobe Reader
GET ADOBE READER

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ОВР СИСТЕМЫ

Л.В. Боровская,С.С. Коваленко, Е.С. Бачурин, Д.Е. Бондаренко,

ФБГОУ Кубанский государственный технологический университет

Одним из важнейших разделов физической химии является химическая термодинамика, и определение термодинамического потенциала системы на основании второго начала термодинамики занимает центральное место в этом разделе физической химии.

В основе одной из работ лабораторного практикума по физической химии «Определение изменения изобарно-изотермического потенциала окислительно-восстановительной системы методом ЭДС» лежит реакция восстановления хинона в гидрохинон. Реальные лабораторные условия не позволяют проводить эту реакцию в широком диапазоне температур, кроме того, процесс определения изобарно-изотермического потенциала окислительно-восстановительной системы методом ЭДС требует длительного времени, поэтому метод имитационного моделирования здесь является наиболее уместным.

Нами был смоделирован процесс восстановления хинона в гидрохинон и прогнозирование температурной зависимости энергии Гиббса по реальным экспериментальным данным, полученным нами в изотермических условиях.

Инструментом для создания виртуальной модели процесса мы выбрали универсальную моделирующую среду Stratum – 2000.

Инструментальная среда Stratum – 2000 предназначена для матема­тического и имитационного моделирования, и является одним из ин­струментов, позволяющих в короткие сроки спроектировать систему и провести эксперимент на имитационной модели как в реальном, так и в ускоренном времени. Созданная на базе современных информационных технологий, среда Stratum – 2000 позволяет быстро спроектировать новую или проанализировать уже работающую систему, к какой бы прикладной области она не относилась. Визуальные средства проектирования среды дают возможность построить прототип системы из объектов (имиджей), поведе­ние которых моделирует основные закономерности реального физического (технологического) объекта-прототипа. Имиджи объединяются в схему проекта информационными связями, являющимися отражением матери­альных, энергетических и информационных связей лабораторной уста­новки или технологической системы. Имеющиеся в среде Stratum графиче­ские и мультимедийные инструменты позволяют "оживить" воспроизведе­ние функционирования моделируемой системы.

Для построения имитационной модели нами был проведен лабораторный эксперимент в гальваническом элементе в условиях, близких к термодинамически обратимым , при этом полезная работа системы максимальна и равна убыли энергии Гиббса ΔG=-Amax. Для создания термодинамически равновесных условий применяют компенсационный метод измерения ЭДС - к полюсам элемента прикладывают извне ЭДС батареи, которая равна и противоположна ЭДС элемента. В этом случае Е элемента отличается от ЭДС батареи на величину, равную dE, которую не могут обнаружить даже самые чувствительные гальванометры. При этом через элемент проходит настолько малый ток, что реакция протекает с предельно малой скоростью, а потенциалы электродов сохраняют свое равновесное значение.

Реакция восстановления хинона в гидрохинон протекает по общему уравнению:

С6H4O2 + H2 = C6H4(OH)2

В нашем эксперименте реакция идет через промежуточный продукт - хингидрон - в 2 стадии:

1. С6H4O2 + ½H2 = С6H4O2·C6H4(OH)2

2. ½С6H4O2·C6H4(OH)2 + ½H2 = C6H4(OH)2

С6H4O2 - хинон; С6H4O2·C6H4(OH)2 - хингидрон; C6H4(OH)2 – гидрохинон.

Работой гальванического элемента является электрохимическая работа, и поэтому Amax=nFE, где:

n - число электронов, участвующих в элементарной стадии процесса,

F - число Фарадея, равное 96500Кл,

Е - общая ЭДС элемента в вольтах.

В нашем случае общая ЭДС складывается из ЭДС двух элементов, работающих за счет первой и второй стадий, и ЭДС хлорсеребряного электрода, используемого в качестве электрода сравнения: Е=E1+E2+2Eхс

С учетом вышесказанного, получаем: ΔG=-nF(E1+E2+2Eхс).

Это уравнение положено в основу имитационной модели определения энергии Гиббса методом ЭДС.

В результате виртуального эксперимента нами были получены температурные зависимости изобарно-изотермического потенциала (энергии Гиббса) системы хинон-гидрохинон, что не представляется возможным в реальных лабораторных условиях.

Данные виртуального эксперимента представлены в таблице.

Таблица

Температурные изменения энергии Гиббса

t, °С

20

25

30

35

40

45

50

ΔG*103

Дж/моль

-122,57

-123,92

-125,27

-126,62

-127,97

-129,32

-130,67

t, °С

55

60

65

70

75

80

85

ΔG*103

Дж/моль

-132,02

-133,38

-134,72

-136,08

-137,43

-138,78

-140,13

Полученные в ходе моделирования эксперимента данные по изменению энергии Гиббса приведены на графике (рис. 1). Угловой коэффициент полученной прямой равен dE/dT.

Рис.1

Главное окно эксперимента представлено на рис. 2, а окно результатов выполненной виртуальной работы - на рис. 3.

Рис. 2

Рис. 3

С полной версией виртуальной лабораторной работы можно ознакомиться на сайте http://freechemist.narod.ru

Литература:1. Руководство к лабораторным работам по физической химии. Изд. КубГТУ, Краснодар, 2009

2. Краснов К.С. Физическая химия т.2, М.: Высшая школа, 20013. Электронный ресурс: Stratum Modeling Laboratory, РЦИ, ПГТУ (Режим доступа: http://stratum.pstu.ac.ru)

Библиографическая ссылка

Боровская Л.В., Коваленко С.С., Бачурин Е.С., Бондаренко Д.Е. Компьютерное моделирование экспериментального определения термодинамического потенциала ОВ-системы // Виртуальные технологии и инструменты в образовательном процессе.
URL: http://econf.rae.ru/article/6929 (дата обращения: 25.05.2019).



Сертификат Получить сертификат

КОММЕНТАРИИ К ПУБЛИКАЦИИ – 0

Добавить комментарий

Ваше имя
Текст комментария
Антиспам проверка