Järn- och stålframställning, utbildningspaket del 1 - Jernkontoret

3.11. Teoretiska grundbegrepp
3.11.1. Jämvikter
13
Stålframställningens kärna utgörs av ett antal reaktioner där önskade omvandlingar
sker. Varje reaktion har ett jämviktsläge som styr hur långt reaktionen går. Läran om
jämvikter ingår i den vetenskapliga disciplinen termodynamik.
Gibb´s fria energi
Varje reaktion har ett jämviktsläge som kan beskrivas i energiformer. Denna energi
kallas för kemisk potential eller Gibb´s energi som betecknas med G. Med hjälp av
termodynamikens två första grundlagar kan man visa att:
G = H – TS
Vilket betyder att Gibb´s energi är lika med entalpin, H, minus temperaturen, T (absoluta
temperaturen i grader kelvin), gånger entropin, S. Entalpin, H är en energiterm
som redovisar värmeinnehållet och entropin, S kan sägas vara ett mått på den atomära
ordningen.
För varje reaktion kan man definiera jämviktsläget som:
∆G°=∆H°-T∆S°
Tecknet ∆ innebär förändringar och tecknet ° innebär att man definierat ett standardtillstånd
för ingående element. Att man behöver definiera ett standardtillstånd beror
på att man inte har någon absolut nollpunkt i det kemiska potentialsystemet.
Jämviktskonstanten
∆G° kan för varje komponent och varje reaktion återfinnas i metallurgiska tabellverk.
Exempelvis är tabellvärdena för ∆G° för reaktionen:
2Al+3O→ Al2O3 ∆G°=1766000 + 320•T J, inom temperaturintervallet 923°K-1600°K
Det praktiska med, ∆G°, är att det har ett samband med jämviktskonstanten K enligt
formeln:
∆G° =RTlnK
Där R är en konstant och T temperaturen i ° Kelvin. Sambandet gäller vid jämvikt då
∆G=O dvs då Gibb´s fria energi är som lägst.
För en reaktion med den principiella uppställningen
vA+xB→yC+zD