EH-PH-diagram, även kända som Pourbaix-diagram, är kraftfulla verktyg som används i kemi och miljövetenskap för att visualisera stabiliteten hos olika kemiska arter som en funktion av pH och redoxpotential (EH). Så här kan du konstruera en:
1. Definiera systemet:
* kemiska arter: Identifiera de kemiska arter du vill inkludera i diagrammet. Detta kan vara ett enda element eller en uppsättning relaterade föreningar.
* villkor: Ange temperatur, tryck och andra relevanta förhållanden i ditt system.
* Koncentration: Bestäm koncentrationen av de kemiska arterna. De flesta EH-PH-diagram ritas för en specifik koncentration (t.ex. 1 m), men du kan justera detta för specifika applikationer.
2. Samla in termodynamiska data:
* Standardreduktionspotentialer: Hitta standardreduktionspotentialerna (E °) för relevanta redoxreaktioner som involverar de kemiska arterna. Denna information finns vanligtvis i tabeller eller databaser.
* Jämviktskonstanter: Bestäm jämviktskonstanterna (K) för alla relevanta reaktioner som involverar arten. Du kan beräkna dessa med Gibbs Free Energy Change (ΔG °) eller hitta dem i litteraturen.
* Andra termodynamiska data: Du kan behöva andra termodynamiska data såsom entalpiförändring (ΔH °), entropiförändring (ΔS °) och aktivitetskoefficienter för specifika applikationer.
3. Skriv de kemiska reaktionerna:
* redoxreaktioner: Skriv de balanserade kemiska ekvationerna för alla möjliga redoxreaktioner som involverar de kemiska arterna.
* Acid-basreaktioner: Inkludera relevanta syrasreaktioner för att redogöra för förändringar i pH.
4. Härleda Nernst -ekvationerna:
* för varje redoxreaktion: Använd Nernst -ekvationen för att uttrycka redoxpotentialen (EH) som en funktion av pH och koncentrationerna av reaktanter och produkter.
* nernst -ekvation: Eh =e ° - (rt/nf) ln (q) där:
* Eh:redoxpotential
* E °:Standardminskningspotential
* R:Idealisk gaskonstant
* T:temperatur
* N:Antal elektroner som överförs
* F:Faraday Constant
* F:Reaktionskvotient
5. Plotta jämviktslinjerna:
* för varje reaktion: Plotta linjen där reaktionen är vid jämvikt (EH =0) på en graf med pH på x-axeln och EH på y-axeln.
* lutning: Lutningen för varje linje bestäms av antalet överförda elektroner (n) och antalet protoner (H+) som är involverade i reaktionen.
* avlyssningar: Avlyssningarna för linjerna bestäms av standardreduktionspotentialen (E °) och jämviktskonstanten (K) för reaktionen.
6. Definiera stabilitetsfält:
* stabilitetsfält: Området på EH-PH-diagrammet där en specifik kemisk art är termodynamiskt stabil.
* Identifiera stabila arter: För varje punkt på diagrammet, bestäm de stabila arterna baserat på de reaktioner som gynnar antingen oxidation eller reduktion av den arten.
* Etikett Stabilitetsfält: Märk varje region med de dominerande kemiska arterna som är stabila i det området.
7. Lägg till ytterligare information:
* korrosion: Du kan inkludera linjer som representerar korrosionspotentialen för metaller för praktiska tillämpningar.
* pH och EH Ranges: Lägg till linjer som representerar specifika pH- och EH -intervall, som de som finns i naturliga vatten eller industriella processer.
* Andra arter: Överväg att inkludera stabilitetsfälten för andra relevanta arter i samma system.
8. Tolk EH-PH-diagrammet:
* Förutsäga kemiskt beteende: Diagrammet hjälper till att förutsäga beteendet hos en given kemiska arter under specifika förhållanden för pH och EH.
* Identifiera dominerande arter: Du kan enkelt identifiera de dominerande kemiska arterna under en given uppsättning tillstånd.
* Analysera miljösystem: EH-PH-diagram används i miljökemi för att förstå ödet och transporten av metaller och andra föroreningar.
Programvaruverktyg:
* Specialiserad programvara som "Chemeql" eller "Geochemist's Workbench" kan användas för att generera EH-PH-diagram.
* Kalkylbladsprogramvara som Excel kan också användas för att beräkna och plotta data, men det kräver mer manuell ansträngning.
Obs: Att konstruera ett EH-PH-diagram kan vara komplex, särskilt för multikomponentsystem. Se alltid tillförlitliga termodynamiska data och kontakta relevant litteratur för specifika applikationer.
