3. Определение термодинамических условий проведения процесса

Для определения температур в реакторе решим систему уравнений:

где q – значение натурального логарифма константы равновесия в рабочей точке, обеспечивающее протекание процесса в прямом направлении (пункт 2); m – значение логарифма отношения реальных давлений, обеспечивающих образование n-типа электропроводности (пункт 4).

Используя расчеты из п.3, найдем температуры дополнительных источников:

Рис. 8. Распределение температур в реакторе

Рис. 9. Схема реактора

3. Оценка возможности окисления компонентов

В атмосфере реактора неизбежно будет присутствовать кислород, который окислит вещества, участвующие в реакции. Рассмотрим окисление ртути. Поскольку процесс окисления нежелателен, задача анализа состоит в поиске условий, при которых процесс окисления становится термодинамически невыгоден, т. е. изменение свободной энергии Гиббса положительно.

Процесс окисления ртути соответствует химической реакции:

Рассчитываем термодинамические функции:

;

Для T=494 К:

;

Таблица 6: Значения рассчитанных термодинамических величин

Реакция окисления будет происходить при Δ

;

При максимальной откачке давление кислорода в реакторе

, при атмосферных условиях давление кислорода в реакторе составляет 0,21 атм.

;

;

Рис. 10. Анализ условий окисления компонента Hg в реакторе

Из графика видно, что для T_A=762 K существует диапазон значений lnkp4: от 1,631 до 12,29, при котором выполняется условие ΔG>0. Избежать окисления можно, откачав воздух до любого значения lnkp4 из этого диапазона.

Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы:

1. Были выбраны термодинамические параметры компонентов реакции и конечного соединения HgSe. (пункт 1)

2. Анализировали основной процесс и выбрали условия, при которых он реализуется (рабочая точка (1/843;1,5)). Определили зависимость константы равновесия от температуры. (пункт 2)

3. Для определения температур в зонах сублимации компонентов Hg и Se₂ проводился термодинамический анализ процессов сублимации каждого из компонентов. Так же была получена зависимость константы равновесия от температуры. (пункт 3)

4. На основании расчетов равновесий трех приведенных процессов (сублимация Hg и Se, образование HgSe) были построены P-T диаграммы для соединения HgSe в виде линий трехфазных равновесий в системе. При решении систем уравнений нашли значения давления компонентов на границах области гомогенности и на линии стехиометрии. (пункт 4).

5. Для создания n-типа электропроводности оценили диапазон отношения давления в пределах области гомогенности фазы HgSe при температуре основного процесса Т_HgSe =843 К и выбрали необходимое соотношение давлений компонентов. (пункт 4)

6. Опираясь на результаты 2 и 4 пункта определили парциальные давления паров Hg и Se, а также нашли температуры дополнительных источников опираясь на пункт 3. (пункт 5)

7. При оценке возможности окисления Hg получили, что процесса окисления можно избежать, откачав воздух до давления из диапазона 1,631<lnkp4<12.29. (пункт 6)

Таким образом, на основании проделанной работы можно синтезировать соединения HgSe n-типа электропроводности при использовании необходимого оборудования и рассчитанных в работе данных.

Список литературы

1. А.И. Максимов, О.А. Александрова, Е.В. Мараева «Физико-химические основы технологии изделий электроники и наноэлектроники»: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018, 124с.

2. Электронный ресурс // URL: https://ru.qaz.wiki/wiki/Mercury_selenide(теор)

3. Электронный ресурс // URL: https://helpiks.org/1-25701.html

4. Электронный ресурс // URL: Общие свойства (studopedia.su)