Stabilität von Sr(Ti0.65,Fe0.35)O3-δ - am IWE

I. Bestimmung des pO 2
In Luftatmosphäre beträgt der Sauerstoffpartialdruck pO 2 = 0,2 bar.
In einer 100%igen Stickstoffatmosphäre erreicht man einen Sauerstoffpartialdruck von
pO 2 = 10 -4 bar. Durch Diffusionsprozesse entweicht der Großteil des Sauerstoffs aus dem System.
Zur Herstellung einer reduzierten Atmosphäre wird ein H 2 / N 2 – Gasgemisch verwendet. Der
Wasserstoff bindet den Restsauerstoff, der sich im Probenraum befindet, unter der Bildung
von Wasser (I.1).
Aus
folgt
1
H
2O← ⎯⎯→ ⎯ H2 + O2
(I.1)
2
2
( ) ( )
pH O
2
⎛ ⎞
2
= ⋅⎜ ⎟
Gg
pH2
pO T K T
2
(I.2)
mit der Massenwirkungskonstante
⎝
⎠
1
0 2
Gg
= 906,6 bar
Gg
( )
0
Gg
E Gg
kT
K T = K ⋅ e −
(I.3)
K und E = 2,587 eV können aus der Literatur entnommen werden [4]. Aus
Gg
Formel (I.2) wird deutlich, dass der Sauerstoffpartialdruck nicht nur vom Wasserstoffpartialdruck
pH 2 und der Probentemperatur T abhängt, sondern ebenso vom Wasserdampfpartialdruck
pH 2 O. Deshalb werden die eingeleiteten Gase, bevor sie den Rohrofen durchströmen,
durch eine Befeuchtung geführt, die in einem temperierten Wasserbad steht. Die Feuchte der
Gase und somit der pH 2 O hängen von der Wasserbadtemperatur ab. Der Dampfdruck von
Wasser über der Temperatur ist in [33] aufgeführt. Bei 10 °C beträgt der Dampfdruck des
Wassers pH 2 O = 0,012281 bar, bei 45 °C 0,095898 bar.
Der Gesamtdruck des nach außen hin offenen Systems beträgt ca. 1 bar und setzt sich aus
dem Sauerstoff-, Wasser- und Wasserstoffpartialdruck zusammen:
p ges ≈ 1 bar = pN 2 + pH 2 + pH 2 O + pO 2
Für die Experimente wird Stickstoff 5.0 verwandt, der eine Reinheit > 99,999Vol.% aufweist.
Angenommen, die Unreinheit beschränkt sich auf Wasserdampf, befindet sich weniger als
0,001Vol.% Wasserdampf im N 2 -Gas. Bei einer 10%igen H 2 / N 2 – Gasmischung liefert die
Unreinheit des Stickstoffs einen Beitrag zum Wasserpartialdruck von 9 ּ 10 -6 bar. Das entspricht
einer Erhöhung um 0,07%. Somit ist die Verunreinigung des Stickstoffs mit Wasserdampf
bei der Berechnung des pO 2 vernachlässigbar.
Angenommen die Unreinheit besteht ausschließlich aus Sauerstoff (pO 2,N2 = 9 ּ10 -6 bar bei
10%igen H 2 / N 2 – Gasmischung), so reagiert der Sauerstoff mit dem Wasserstoff zu Wasser
(I.1). Dadurch erhöht sich der Wasserpartialdruck um pH 2 0 = 3 ּ pO 2,N und der Wasserstoffpartialdruck
wird um pH 2 = 2 ּ pO 2,N gesenkt. Insgesamt wird der Sauerstoffpartialdruck um
(I.4)