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.