В несмешивающихся растворителях
Формулировка закона такова: каждое вещество распределяется между двумя несмешивающимися растворителями так, что отношение концентраций его в обоих растворителях при данной температуре и давлении есть величина постоянная.
Эта величина называется константа распределения L:
,
где Сa, и Сb – концентрации вещества соответственно в растворителях А и В.
Следует иметь в виду, что закон справедлив, когда вещество растворено в несмешивающихся фазах.
Если в двух несмешивающихся растворителях одновременно растворено несколько веществ, между собой не взаимодействующих, то каждое из них будет растворяться независимо друг от друга, имея свою константу распределения.
Закон распределения веществ в двух несмешивающихся растворителях имеет большое практическое значение для сварочных металлургических процессов.
При сварке сталей в жидком металле энергично протекают реакции образования закиси железа FeO, которая ухудшает свойства стали. Поэтому, наряду с созданием различных эффективных мер защиты жидкого металла от контакта с кислородом, принимаются меры к тому, чтобы как можно полнее очистить жидкий металл от закиси железа.
Закись железа растворена не только в жидком металле, но и в жидком шлаке и её распределение между этими двумя несмешивающимися жидкостями подчиняется закону распределения:
,
где (FeO) – концентрация растворённой закиси железа в жидком шлаке;
[FeO] – концентрация растворённой закиси железа в жидком металле.
Очень существенным обстоятельством является то, что значение константы распределения зависит от температуры (табл. 1, рис. 4) [3].
Таблица 1
Значения константы распределения вещества
Автор | Уравнение константы ,°С | Значение константы при температуре | |
Т = 1600 °С (1873 °К) | Т = 2000 °С (2273 °К) | ||
Д. Сефириан | Кислые шлаки: К = 0,85×10-5×Т–0,0114 Основные шлаки: К = 1,31×10-5×Т–0,0177 | 454,55 306,75 | 178,57 117,65 |
Т.П. Петров Н.Н. Потапов | 94,97 | 24,30 | |
В.В. Фролов | =0,588×10-4х хТ–0,0793 | 67,66 | 26,11 |
И.А. Липецкий | 0,47 | ||
Г.А. Погодин-Алексеев | = 5,88×10-5×Т– –0,0793 | 68,03 | 26,11 |
При низких температурах значение константы наибольшее, т.е. большая часть закиси железа в низкотемпературной части сварочной ванны переходит в шлак. Этот процесс называют диффузионным раскислением.
Увеличить эффективность диффузионного раскисления можно уменьшением концентрации растворённой закиси железа в шлаке, что вызовет уменьшение содержания закиси железа в жидком металле, которая будет переходить в шлак, так как при данной температуре L=const.
Рис. 4. Изменение константы распределения вещества от температуры | Уменьшение концентрации растворенной части FeO в шлаке достигается: – образованием нерастворимых комплексных соединений (например, FeO-SiO2); – увеличением объёма шлака. |