Fråga:
Planera ett mineralstabilitetsdiagram
Mecury-197
2015-10-04 18:08:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag försöker lista ut hur man planerar stabiliteten för fyra mineraler - $ \ ce {CaCO3} $, $ \ ce {CaSO4} $, $ \ ce {CaMg (CO3) 2} $ och $ \ ce {CaMg3 (CO3) 4} $ - med axlarna $ \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {Mg ^ ​​{+ 2}}} $ vs $ \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {SO_4 ^ {- 2}}} $ där $ \ mathrm {ln} \, a $ är den naturliga loggen för aktiviteterna för varje jonisk art. Aktiviteten för karbonat är en given.

Jag hittade lösligheten $ K $ för varje upplösning, baserat på Gibbs fria energi, $ R $ och $ T = 25 ^ \ circ \ mathrm {C} $ , försökte sedan ställa in ekvationer för att plotta följande:

  1. $ \ mathrm {ln} \, K _ {\ ce {sp, \, CaCO3}} = \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {Ca}} + \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {CO_3}} $
  2. $ \ mathrm {ln} \, K _ {\ ce {sp, \, CaSO4 }} = \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {Ca}} + \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {SO_4}} $
  3. $ \ mathrm {ln} \, K _ {\ ce {sp, \, CaMg (CO_3) _2}} = \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {Ca}} + \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {Mg}} + 2 \, \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {CO_3}} $
  4. $ \ mathrm {ln} \, K _ {\ ce {sp, \, CaMg_3 (CO_3) _4}} = \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {Ca}} + 3 \, \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce {Mg}} + 4 \, \ mathrm {ln} \, a _ {\ ce { CO_3}} $

Baserat på termodata är varje $ \ mathrm {ln} \ K $ en konstant (eftersom $ T $, $ P $ är konstant), eftersom aktiviteten av karbonat ges det verkar som att jag borde kunna lösa ekvation 1 för aktiviteten av kalcium, men då är varje ekvation en punkt inte en linje.

Jag är förvirrad över hur var och en av ekvationer är beroende av $ \ ce {SO_4} $ alls (vilket är tänkt att vara min y-axel), och hur man ska relatera allt. Jag försökte behandla aktivitet $ \ ce {Ca} $ som variabel, lösa sedan den i termer av aktivitet $ \ ce {SO_4} $, för att sedan göra ekvationer 3, 4 beroende av $ \ ce {SO_4} $ och $ \ ce {Mg} $, men då hade jag ingen aning om hur jag skulle behandla ekvationerna 1 och 2. Också värdena jag fick för det var riktigt stora, raderna var på $ y = 35 + 3x $ och $ y = 18 + x $.

Den här frågan är baserad på en fråga till en lärobok, som jag försöker använda för att studera för en kommande tentamen (1 vecka), så all hjälp skulle uppskattas mycket.

Ett svar:
haresfur
2015-10-09 09:23:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kom ihåg att du är orolig för stabilitetsfält . Linjerna på ditt stabilitetsdiagram är de platser där två mineraler är i jämvikt. Den ena sidan kommer det ena mineralet att vara mer stabilt, på det andra kommer det andra att vara.

Låt oss först prata om $ \ ce {Ca} $. Reaktionerna har alla samma $ \ ce {Ca} $ så dess aktivitet är inte en faktor i deras relativa stabilitet. Om du skriver en kombinerad reaktion för något mineral till ett annat kommer det att avbrytas. Försök. Kalcitstabilitet har inget att göra med $ \ ce {Mg} $ eller $ \ ce {SO4} $. Det är bara stabiliteten beror på $ \ ce {CO3} $ och $ \ ce {Ca} $. Men vänta, du vet $ \ mathrm {ln} \, en _ {\ ce {CO3}} $ så att du kan beräkna $ \ mathrm {ln} \, a_ \ ce {Ca} $ i jämvikt med kalcit. Så du kan använda det för att ta reda på var kalcit är mest stabilt.

Du har bara en ekvation där sulfat ingår. Vilken riktning kommer den stabilitetsgränsen att ta på ditt diagram? Anta att du vill dela ditt diagramutrymme i områden med kalcit mot gipsstabilitet, hur kan du kombinera de två löslighetsekvationerna för att komma fram till omvandlingen av ett mineral till det andra? Vilka upplösta artaktiviteter går in i ekvationen (ledtråd: du känner till en av de två). Med tanke på att du kan räkna ut den andra och rita upp det på ditt diagram.

Kan du följa en liknande process för kalcit och dolomit (tips: ja)? Vad sägs om kalcit och jagit? Finns det någon del av diagrammet där jagit är mer stabil än dolomit (eller vice versa)?

Räkna nu ut stabilitetsförhållandet mellan dolomit och gips. Vilken vinkel kommer linjen att ta på din tomt? Ta reda på var det kommer att ske genom att kombinera reaktioner. Detta är lite knepigare men $ \ mathrm {ln} \, a $ -värden beror på $ \ mathrm {ln} \, K $ för den kombinerade reaktionen.

Radera nu alla rader i en fält där dessa två mineraler är mindre stabila än någonting annat.

Lycka till och låt oss veta om du fastnar. Jag ville inte bara ge dig svaret eftersom jag faktiskt måste lösa det.

Tack för svaret! Jag har plottat alla linjer, men jag kan inte ta reda på hur man kan eliminera delar av linjerna för att få det att se ut som ett verkligt stabilitetsdiagram (där varje mineral har sin egen region). Just nu korsar sig alla linjerna och i vissa "sektioner" som etablerats av linjerna visas två mineraler. Boken säger att det sista steget är att "eliminera metastabila" linjer, hur kan jag göra det?
Om du har ett område där två mineraler dyker upp kommer det ena att vara mer stabilt än det andra, så titta på reaktionen mellan dessa och ta reda på vilken som är mest stabil.


ⓘ
Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...