Name: determination of thermodynamic properties of alkaline earth-liquid metal alloys using the electromotive force technique
Uploaded: 2017-11-03T15:00:00
Duration: 12 min 2 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique at JoVE.com

Эта работа была поддержана Министерством энергетики США, Управление по ядерной энергетике ядерной энергии университетские программы (решение № DE-NE0008425); Интегрированного университета Программа стипендий (премия No. DE-NE0000113); Министерство торговли, промышленности и &#38; энергии, Республика Корея, эффективность использования энергии &#38; ресурсов основной программы технологии Кореи Института энергетической технологии оценки и планирования (KETEP) (№ 20142020104190). Публикация этой статьи была частично финансируется Пенсильвания государственного университета библиотеки открытого доступа публикации Фонда.

<ol>
	<li>Ipser, H., Mikula, A., Katayama, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overview:+The+emf+method+as+a+source+of+experimental+thermodynamic+data.">Overview: The emf method as a source of experimental thermodynamic data.</a> CALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 34 (3), 271-278 (2010).</li><li>Kim, H., Smith, N., Kumar, K., Lichtenstein, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+Separation+of+Barium+into+Liquid+Bismuth+by+Controlling+Deposition+Potentials.">Electrochemical Separation of Barium into Liquid Bismuth by Controlling Deposition Potentials.</a> Electrochim. Acta. 220, 237-244 (2016).</li><li>National Research Council. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrometallurgical Techniques for DOE Spent Fuel Treatment: Final Report. , (2000).</li><li>Simpson, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Projected+Salt+Waste+Production+from+a+Commercial+Pyroprocessing+Facility.">Projected Salt Waste Production from a Commercial Pyroprocessing Facility.</a> Sci. Technol. Nucl. Install. 2013, 1-8 (2013).</li><li>Lichtenstein, T., Smith, N. D., Gesualdi, J., Kumar, K., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamic+properties+of+Barium-Bismuth+alloys+determined+by+emf+measurements.">Thermodynamic properties of Barium-Bismuth alloys determined by emf measurements.</a> Electrochim. Acta. 228, 628-635 (2017).</li><li>Kim, H., Boysen, D. A., Ouchi, T., Sadoway, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium-bismuth+electrodes+for+large-scale+energy+storage+(liquid+metal+batteries).">Calcium-bismuth electrodes for large-scale energy storage (liquid metal batteries).</a> J. Power Sources. 241, 239-248 (2013).</li><li>Delcet, J., Delgado-Brune, A., Egan, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coulometric+Titrations+Using+CaF2+and+BaF2+Solid+Electrolytes+to+Study+Alloy+Phases.">Coulometric Titrations Using CaF2 and BaF2 Solid Electrolytes to Study Alloy Phases.</a> Symp. Calc. Phase Diagrams Thermochemistry Alloy Phases. 275, 275-287 (1979).</li><li>Roine, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Outokummpu HSC Chemistry 5.1. Chemical Reaction and Equilibrium Software with Extensive Thermochemical Database. , (2002).</li><li>Smith, N. D., Lichtenstein, T., Gesualdi, J., Kumar, K., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamic+Properties+of+Strontium-Bismuth+Alloys+Determined+by+Electromotive+Force+Measurements.">Thermodynamic Properties of Strontium-Bismuth Alloys Determined by Electromotive Force Measurements.</a> Electrochim. Acta. 225, 584-591 (2017).</li><li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamic+properties+of+Calcium-Bismuth+alloys+determined+by+emf+measurements.">Thermodynamic properties of Calcium-Bismuth alloys determined by emf measurements.</a> Electrochim. Acta. 60, 154-162 (2012).</li><li>Okamoto, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ba-Bi (Barium-Bismuth). , (1990).</li><li>Lichtenstein, T., Gesualdi, J., Nigl, T. P., Yu, C. T., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamic+Properties+of+Barium-Antimony+Alloys+Determined+by+Emf+Measurements.">Thermodynamic Properties of Barium-Antimony Alloys Determined by Emf Measurements.</a> Electrochim. Acta. , (2017).</li><li>Wagner, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limitation+of+the+Use+of+CaF2+in+Galvanic+Cells+for+Thermodynamic+Measurements+due+to+the+Onset+of+Electronic+Conduction+under+Reducing+Conditions.">Limitation of the Use of CaF2 in Galvanic Cells for Thermodynamic Measurements due to the Onset of Electronic Conduction under Reducing Conditions.</a> J. Electrochem. Soc. 115 (9), 933-935 (1968).</li></ol>

Авторы не имеют никаких конфликтов интересов раскрывать относительно материала в публикации.

Emf ячейку в этой работе использует CaF2-на основе твердого электролита и электродом материалы на фиксированных композиции, по сравнению с emf ячейки, которая использует методом кулонометрического титрования где изменяется состав электрода при постоянной температуре. С кулонометрического титрования состав электрода определяется законом Фарадея, предполагая идеальный кулоновских эффективность. Однако, весьма реактивные металлы земли – щелочные, умеренно растворимые (например, Ba ~ 15 моль % растворимость в BaCl2) в их собственных галоидных солей, которые могут способствовать электронной проводимости через электролит и предотвратить точный контроль состав электрода во время кулонометрического титрования7,13. Электрохимической ячейки в этой работе работает с электродных материалов на фиксированных композиции, тем самым устраняя неопределенность в композиционно учета методом кулонометрического титрования и позволяет точные emf измерения щелочные земли сплавов. Кроме того, уникальный электрохимической ячейки в этой работе измеряет значения ЭДС сплава четырех композиций одновременно в рамках же эксперимент, чтобы ускорить вычисление термодинамических свойств в широком диапазоне композиций и температуры.
Дуга-плавильная печь используется для изготовления бинарных сплавах, вполне возможно, что окончательный состав сплавов может отходить от первоначального состава из-за высокой температуры электрической дуги и высокие давления паров металлов. Точно сообщить emf температура связь бинарных сплавов, их состав был подтвердил, что с использованием индуктивно сочетании плазмы Атомно-эмиссионная спектроскопия (ICP-AES), как показано в таблице 3 для системы Ба-Sb12.
Перед сушкой электрохимической ячейки компонентов согласно шаг 2.3.4, трудности в получении высокого качества вакуума (&#60; 10 mtorr) может произойти. Уплотнительное кольцо в вакуумной камере установки могут не установлен правильно в его паз из нержавеющей стали. Там также может быть пробел в эпоксидной смолы уплотнения глинозема трубок, которые могут применяться дополнительные эпоксидной подключить возможных утечек. Во время измерений emf если наблюдаются большие колебания значения ЭДС, контакт может быть восстановлена с сплавов, осторожно поворачивая глинозема трубки и электрические провода теряют контакт с A-B сплавы, тем самым смачивание жидкого сплава свинец.
Иногда значения ЭДС может проявлять большой гистерезиса между циклами нагрева и охлаждения. В общем гистерезис emf значений между охлаждения/нагрева циклы могут инициироваться (1) деградации электролита с реактивной электрода композиции, особенно при высоких концентрациях щелочные земли; (2 деградации электродных материалов из-за испарения при повышенных температурах и окисления с остаточного кислорода в камере теста; или (3) фаза неравновесного поведение электродных материалов, включая РВГ эффекты и образования метастабильных фаз в течение цикла охлаждения.
При деградации реакция между электродом и электролит является очевидным, экспериментальные установки могут быть изменены для уменьшения деградации электрохимической ячейки путем уменьшения максимальной рабочей температуре. Присутствии РВГ эффекты, emf значения, полученные в ходе цикла нагрева может использоваться в определении равновесия термодинамических свойств. Когда образования метастабильных фаз вызывает гистерезиса в emf измерений, фаза поведение электродных материалов требует проведения проверки с помощью дополнительных методов, например, структурных характеристик по XRD, анализ составляющих фазы по растровая электронная микроскопия (SEM) с энергодисперсионная спектроскопии (ЭЦП) и этап перехода температур DSC. Этап перехода данных также может быть трудно получить с техникой измерения emf описанных выше 1,223 K, как CaF,2-AF2 электролита может начать падать.
Методика измерения ЭДС в этой работе может использоваться для определения эмпирических термодинамических свойств бинарных алкалической земли жидкость металлических сплавов, включая деятельность, частичной Молярная энтропии, частичное Молярная энтальпии и фаза перехода температур. Эти термодинамических данных используются как эксперимента для переработки двоичные фасы диаграм щелочные земли сплавов с дополнительных методов (XRD, DSC и SEM), как проявляется в рисунке 85. На основании значения деятельности каждого ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЙ металл (A = Ca, Ba, Sr) в жидких металлах (B = Bi и Sb), сила атомной взаимодействия между элементами щелочные земли и жидких металлов могут быть использованы для электрохимически отделить щелочные земли продукты деления из расплавленного солевых растворов.

Электродвижущая сила (ЭДС) измерения можно непосредственно определить изменение частичное Молярная свободная энергия Гиббса химической реакции и обеспечивают точную термодинамических свойств как деятельности, частично Молярная энтальпии и частичное Молярная энтропии1. Приобретение термохимических данных имеет решающее значение для различных тем исследований в материалы сообщества, от уточнения многокомпонентных фасы диаграм, в экспериментальной проверки материалов первой принцип моделирования, в синтезе новых интерметаллические видов полезных свойств. Недавно Ким et al. использовать emf измерения для оценки целесообразности использования жидкого металла электродов для отдельных видов щелочные земли от расплавленной соли электролитов2.
Электрохимический разделение с использованием расплавленных солей (например, LiCl-KCl) является перспективной технологии для отделения урана и трансурановых металлов от используемых ядерного топлива для рециркуляции3. Используемое топливо обрабатывается как анод в расплавленную соль, продуктов деления с нижней стандартные сокращения потенциалов чем урана окисляются и накапливаются в расплавленную соль как растворенных ионов (например, Ba2 +, Sr2 +,+Cs и редкоземельных Катионы металла)4. Следовательно расплавленной соли электролита должны периодически заменил или обработанных в дополнение к отдельным накопленной расщепления продуктов4. Особое беспокойство вызывают продуктов деления/щелочная щелочноземельных (Ba2 +, Sr2 +и Cs+) потому, что эти ионы демонстрируют низкие стандартные сокращения выбросов среди составляющих катионов, что делает их трудно отделить из расплавленной соли раствора.
Однако Лихтенштейн et al. недавно продемонстрировали, что бария exhibits низкой термодинамической активности в жидком висмута (8,7 x 10-12 на бария моль фракция xBa (в Bi) = 0,05, 1123 K), подразумевая сильный атомной взаимодействие между5бария и висмута. Ким et al. отметил, что эти взаимодействия вызвало сдвиг в потенциалах осаждения бария ионов в жидких висмута электрода (-3.74 V в-2.49 V против Cl–/Cl2(g)), в результате преференциальных осаждения бария от раствор электролита (BaCl2- LiCl-CaCl2- NaCl, 16-29-35-20 моль %) 773-973 K6. Этот сдвиг в осаждения потенциал может использоваться с помощью жидкого металла электродов для выборочно разделения продуктов деления/щелочная щелочноземельных от электролита используется для электрохимической обработки используется ядерного топлива. Для определения целесообразности разделения продуктов деления/щелочная щелочноземельных из расплавленной соли электролита, должны быть определены термодинамические свойства этих элементов в перспективных жидких металлов (например, Bi, Sb).
В предыдущих исследованиях, Delcet et al. использованы кулонометрического титрования для определения термодинамических свойств бинарных сплавов (например, ба-би, ба-Sb, ба-Pb)7. Для сплавов ба-би до xBa = 0,50, они заняты кулонометрического титрования, используя одиночн кристалл BaF2 электролита в 1123 K и соблюдают сопоставимой деятельности значения бария в висмута (2.4 x 10-12 на x Ба (в Bi) = 0,05, 1123 K). Однако было сообщено, что результаты были неточными из-за неопределенности в отношении содержания бария в бинарных сплавах. Бария металла очень реактивной и растворяется в его галоидных солей (мол % ~ 15 в BaCl2 в 1163 K), которые могут вызвать увеличение электронной проводимости в галоидных солей при более высоких температурах и привести к неточной композиционные учета во время кулометрический Титрование. Для определения термодинамических свойств (например, избыток частичной Молярная свободная энергия Гиббса, частично Молярная энтальпии, частично Молярная энтропии) бинарных сплавов, содержащих элементы высокой реакционной способностью, был использован метод emf, описанный в настоящем Протоколе.
Термохимические свойства бинарных сплавов может быть определена путем измерения равновесия клетки потенциальные Eячейки (например, emf) сплава (A-B) относительно ссылка потенциала чистого металла а. Затем, потенциал клеток напрямую связано с изменением в частичной Молярная свободная энергия Гиббса (или химический потенциал) реакции клеток согласно Нернста отношения (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq1.jpg">).
Для измерения ЭДС щелочные земли сплавов в этой работе, проведение CaF фторид ион2 выбирается в качестве базового электролит потому что Ca2 +ЦС окислительно-восстановительного потенциала (E0 =-5.59 V) является более негативным, чем другие щелочные земли окислительно-восстановительного потенциала (например, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq2.jpg"> </img>, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq2.jpg"> против F–/f2(g) на 873 K) в фторид системы8. Это означает, что CaF2 более химически стабильным, чем другие щелочные земли фторид AF2 (A = Sr или ба), и что Ba2 + или Sr2 + ионы Электроактивные видов в CaF2- BaF2 и CaF 2- ОСР2 электролита, соответственно. Используя высокую стабильность CaF2, который минимизирует побочные реакции с ба или Sr сплавов а также ионной проводимости2 СПП при повышенных температурах, однофазные двоичные CaF, был2-AF2 электролита успешно используются для точного измерения ЭДС бинарных сплавов металлов алкалической земли жидкость. Подтверждение формирования однофазные двоичные электролит подтверждается анализа дифракции рентгеновских лучей (XRD) на рис9.
Чтобы измерить ячейку потенциал щелочные земли сплава, следующие электрохимической ячейки был реализован с использованием твердотельных двоичные CaF2-AF2 (97 моль % CaF2, 3 моль % AF2) электролит10:
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq4.jpg">,
где чистый ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЙ металл A (A = Ca, Sr или ба) действует как электрод сравнения (RE), твердые CaF2-AF2 как электролит, фиксированный состав A-B сплавы как рабочих электродов (мы) и B является кандидат жидкого металла, такие как Bi или Sb. Half-cell реакции в электрохимическом являются: 
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq5.jpg"> 
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq6.jpg">
и общая реакция клеток: 
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq7.jpg">
где e– электрона в реакциях и z количество электронов обменялись (z = 2 щелочные земли элементов). Для этой общей реакции, изменения в частичной Молярная свободная энергия Гиббса A металла, <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq8.jpg"> </img>, дается: 
<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq9.jpg"> где<img alt="Equation 10" src="/files alt="Equation 10" src=""></img alt="Equation 10" src="/files>/ ftp_upload/56718/56718eq10.jpg» / > является частичной Молярная свободная энергия Гиббса металла в металлический Б, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq11.jpg"> является стандартным Гиббса свободной энергии чистого металла, R — постоянная идеального газа, T -температура в Кельвинах и A является деятельность В металлический б. Измеренная клетки emf, Eклеток, напрямую связана с изменением в частичной Молярная свободная энергия Гиббса а Уравнение Нернста, 
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq12.jpg"> где F — Постоянная Фарадея.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1 L bottle</td>
			<td>US Plastic</td>
			<td>69032</td>
			<td>HDPE, wide mouth</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone, 99.5%</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>30698</td>
			<td>ACS Grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alumina dish</td>
			<td>AdValue Technology</td>
			<td>AL-4120</td>
			<td>81 mm OD, 30 mm height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alumina plate</td>
			<td>AdValue Technology</td>
			<td>AL-D-82-6</td>
			<td>10 cm in diameter, 4.65 mm thickness</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alumina powder</td>
			<td>AluChem</td>
			<td></td>
			<td>AC99 tabular alumina</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alumina tube</td>
			<td>Coorstek</td>
			<td>66631-12.0000</td>
			<td>0.25 in. OD, 12 in. length</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arc-Melter</td>
			<td>Edmund Buhler GmbH</td>
			<td>MAM1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Argon, 99.999%</td>
			<td>Praxair</td>
			<td>AR 5.0UH-K</td>
			<td>Ultrahigh purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ball mill</td>
			<td>Norton Chemical Process Products Corporation</td>
			<td>CF-70109</td>
			<td>6 sets of 2 12.5 in. rollers, RPM 1725/1425</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Barium</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>653</td>
			<td>99.2% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Barium fluoride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>652458</td>
			<td>99.999% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bismuth</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>556130</td>
			<td>99.999% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boron nitride</td>
			<td>Saint-Gobain</td>
			<td>AX-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium fluoride</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>11055</td>
			<td>99.95% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton tip applicator</td>
			<td>Dynarex</td>
			<td>4301</td>
			<td>100 count, 3 in. long</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Die press</td>
			<td>Carver, Inc.</td>
			<td>3850</td>
			<td>Clamping force: 12 tons; Platens: 6&#160; x 6 in.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill bit 29 piece set</td>
			<td>Chicago-Latrobe</td>
			<td>45640</td>
			<td>1/16 in. - 1/2 in. x 1/64 in.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drying pan</td>
			<td>Pyrex</td>
			<td>5300114</td>
			<td>15.5 in. x 9.5 in. x 2.25 in.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Emery paper</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>4681A21&#160;</td>
			<td>Grit size: 100</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiberglass insulation</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>9346K38</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flowmeter</td>
			<td>Brooks</td>
			<td>MR3A00SVVT</td>
			<td>Range: 0.1 to 1 standard cubic feet per hour (SCFH) of Air</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas bubbler</td>
			<td>Ace Glass</td>
			<td>8761-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High temperature box furnace</td>
			<td>Thermolyne</td>
			<td>F48020-80</td>
			<td>48000 Furnace, 8-segment program, Max. 1,200 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High temperature crucible furnace</td>
			<td>Mellen</td>
			<td>CC12-6X12-1Z</td>
			<td>6 in. ID, 12 in. depth. Max temp 1,200 &#176;C. 208 V</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High vacuum grease</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z273554</td>
			<td>Brand: Dow Corning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inert atmopshere glovebox</td>
			<td>Mbraun</td>
			<td>MB200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl alcohol</td>
			<td>Macron Chemicals</td>
			<td>3032-21</td>
			<td>ACS Grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Large pellet die set</td>
			<td>MTI Corporation</td>
			<td>EQ-Die-75D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyvinyl alcohol, 99+%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>341584-5KG</td>
			<td>Hydrolyzed, molecular weight (MW): 89,000-98,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat</td>
			<td>Autolab</td>
			<td>PGSTAT302N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat-multiplexing switch box</td>
			<td>Autolab</td>
			<td>MUX SCANNER16 F/16 X WE</td>
			<td>Multiplexer (MUX) SCANNER16</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat control software</td>
			<td>NOVA</td>
			<td></td>
			<td>NOVA 1.11</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Precision mini lathe</td>
			<td>Harbor Freight Tools</td>
			<td>93212</td>
			<td>Brand: Central Machinery&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quick cure epoxy</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>5A462</td>
			<td>Brand: Devcon</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recirculating chiller</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>13271-204</td>
			<td>Model: 1175PD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small pellet die set</td>
			<td>MTI Corporation</td>
			<td>EQ-Die-18D-B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonicator</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>97043-968</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Squeeze bottle</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>16650-022</td>
			<td>LDPE, 500 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless steel mesh sieve</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td>10 mesh, 2 mm holes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Strontium</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>343730</td>
			<td>99% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Strontium fluoride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>450030</td>
			<td>99.99% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple</td>
			<td>Omega</td>
			<td>KMQXL-125U-18</td>
			<td>K-type thermocouple</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple acquisiton board</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>NI-9211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten wire</td>
			<td>ThermoShield</td>
			<td>88007-0.100</td>
			<td>99.95% wire</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>Pfeiffer</td>
			<td>PK D56 707</td>
			<td>Duo Line 1.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wipes</td>
			<td>Kimtech</td>
			<td>S-8115</td>
			<td>ULine distributor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire cutters</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>5372A4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yttria-stabilized zirconia milling media</td>
			<td>Tosoh, USA</td>
			<td></td>
			<td>3 mm diameter</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

determination of thermodynamic properties of alkaline earth-liquid metal alloys using the electromotive force technique

Роман электрохимической ячейки, основанные на CaF2 полупроводниковый электролит был разработан для измерения электродвижущая сила (ЭДС) бинарных сплавов металлов алкалической земли жидкость как функции, состав и температуры для того, чтобы приобрести термодинамические данные. Ячейка состоит из химически стабильной твердотельных CaF2-AF2 электролита (где A — элемент щелочные земли как Ca, Sr или ба), двоичный сплава A-B (где B — жидкого металла, такие как Bi или Sb) с рабочих электродов и чистого металла Электрод сравнения. EMF данные собираются в диапазоне температур 723 K до 1123 K с шагом 25 K для нескольких композиций сплава за эксперимент и приносить деятельности ценности, фаза перехода температур и частичное Молярная entropies/энтальпии для анализируются результаты Каждая композиция.

Рисунок 5 показывает emf измерения, сделанные после охлаждения и разогрева электрохимической ячейки: ба-би (xBa = 0,05) | CaF2- BaF2| Ба-би (xBa = 0,05, 0.10 и 0.20), где ба-би сплава на xBa = 0,05 служит в качестве ссылки электрод5.
Разность потенциалов между двух идентичных ба-би сплавов на xBa = 0,05 остается меньше, чем 2 МВ во время всего измерения, демонстрируя стабильности и надежности электрод сравнения. Для сплава композиций на xBa = 0,10 и xBa = 0,20, симметричный emf профиль получается во время нагрева и охлаждения циклов, указывающее значения воспроизводимые emf при температурах. На каждом шаге температуры (каждый интервал 25 K) температура камеры и значение ячейки emf достичь термической и электрохимическое устойчивый состояния в менее чем 1-2 ч (рис. 5)5.
Для определения термодинамических свойств сплавов ба-би против стандартное состояние чистого Ba(s), значения ЭДС ба-би (xBa = 0,05) электрод сравнения сплава должны быть откалиброваны в отношении чистой ба. Emf значения электрод сравнения в отношении чистой Ба определяются с помощью отдельного электрохимической ячейки: Ba(s) | CaF2- BaF2| Ба-би (xBa = 0,05) и результаты представлены на рисунке 6. С помощью линейной вписываются этого измерения в xBa = 0,05 (рис. 6), emf, относительно чистый Ба металлические5определяются значения ба-би сплавов (Eклеток).
Значения ЭДС ба-би сплавов, относительно чистый Ba(s), выводятся как функция температуры на каждый электрод композиция, как показано на рисунке 7 , для выбранного ба-би сплавов (xBa = 0,05 - 0,25)5. С линейной подходит данных emf, заговор против температуры изменения в частичной Молярная энтропии был рассчитан с использованием следующих термодинамические уравнения: 
<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq13.jpg"> и частичное Молярная энтальпии бария в висмута может рассчитываться с использованием термодинамических отношений например, уравнение Гиббса-Гельмгольца, как показано ниже. Результаты обобщены в таблице 15. 
<img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq14.jpg">
Деятельность бария также был определен с использованием значения собранных emf и уравнения Нернста: 
<img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq15.jpg"> Результаты обобщены в таблице 25.
Значения ЭДС для сплавов ба-би (xBa = 0,05 - 0,80) также использовались для определения температуры переходного этапа для каждого состава сплава. В сочетании с дифференциальной сканирования калориметрии (ДСК) этап перехода данных индуктивно сочетании плазмы Атомно-эмиссионная спектроскопия (ICP-AES) данные о составе, подобно тому, как отображаются в таблице 312и кристаллическая структура для уточнения последних ба-би фасы диаграм сообщил Окамото (рис. 8)5,11использовались данные из XRD анализа данных emf.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig1.jpg"> 
Рисунок 1: Однофазный CaF2- ОСР2 электролита Дифракционные спектры. XRD спектры (нормализованное наиболее интенсивных пик для каждого спектра) КАФ2- ОСР2 электролита до и после спекания. Чистый (*) КАФ2 и ОСР2 дифракционные текстуры предоставляются для сравнения. Эта цифра была изменена от Smith et al. 9 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig1large.jpg" target="_blank">пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig2.jpg"> 
Рисунок 2: электрохимической ячейки A-B алкалической земли жидкость металлических сплавов. Схема для измерения ЭМП с электролитом, электролит шапки, электродные материалы, Вольфрам приводит и термопары (TC) Ассамблеи электрохимической ячейки. Два из 6 A-B сплавов являются Справочник электродов и 4 рабочих электродов. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig3.jpg"> 
Рисунок 3: электрохимические установки для измерения ЭДС. Иллюстрация электрохимической ячейки и связанных компонентов для надлежащих условий работы. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig4.jpg"> 
Рисунок 4: Аппаратная схема экспериментальной установки. Схема системы охлаждения воды (твердых, полужирный), аргон (твердых, тонкий) и вакуума (пунктирная) поток жидкости через систему измерения ЭДС. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig5.jpg"> 
Рисунок 5: Измерения электрохимических emf ба-би сплавов (xBa = 0,05 - 0,20). Электродвижущая сила (1E) и температура измеряется как функцию от времени на охлаждение и нагрев ба-би (xBa = 0,05) | CaF2- BaF2| Ба-би (xBa = 0,05, 0.10 и 0,20) клеток. Этот рисунок был изменен из Лихтенштейна и др. 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig5large.jpg" target="_blank">пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig6.jpg"> 
Рисунок 6: Сплав чистого Ба против ба-би(xBa = 0,05) emf значение калибровки. Электродвижущая сила (EII) измеряется как функция температуры, с помощью Ba(s) | CaF2- BaF2| Ба-би (xBa = 0,05) клеток. Этот рисунок был изменен из Лихтенштейна и др. 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig6large.jpg" target="_blank">пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig7.jpg"> 
Рисунок 7: Emf измерения ба-би сплавов (xBa = 0,05 - 0.25). Электродвижущая сила (Eклеток) как функция температуры для ба-би сплавов на xBa = 0,05, 0,10, 0.15, 0,20 и 0,25, основанные на Ba(s) | CaF2- BaF2| Ба-би (XBa = 0,05 - 0,25), где сплошные линии представляют собой линейные посадки. Этот рисунок был изменен из Лихтенштейна и др. 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig7large.jpg" target="_blank">пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig8.jpg"> 
Рисунок 8: ба-би фасы диаграм. Экспериментально определены ба-би фасы диаграм основе emf измерения в дополнение с ДСК и XRD характеристика ба-би сплавов, где (rt) и (ht) представляют комнатной температуре и высокой температуры, соответственно. Этот рисунок был изменен из Лихтенштейна и др. 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig8large.jpg" target="_blank">пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>x Ба</td>
			<td>T (K)</td>
			<td>∂Eклетки/∂Т (\u20121мкВ K)</td>
			<td>∂(ECell/T)/∂(1/T) (mV)</td>
			<td><img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq16.jpg">(J мол\u20121 K\u20121)</td>
			<td><img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq17.jpg">(кДж мол\u20121)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.05</td>
			<td>707-938</td>
			<td>197 ± 6</td>
			<td>1011 ± 5</td>
			<td>38</td>
			<td>-195.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.1</td>
			<td>704-1048</td>
			<td>137 ± 1</td>
			<td>1031 ± 1</td>
			<td>26.4</td>
			<td>-199</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,15</td>
			<td>728-1048</td>
			<td>125 ± 2</td>
			<td>1005 ± 2</td>
			<td>24.1</td>
			<td>-193.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.2</td>
			<td>809-1048</td>
			<td>94 ± 7</td>
			<td>984 ± 6</td>
			<td>18.1</td>
			<td>-189.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>881-1048</td>
			<td>73,4 ± 5</td>
			<td>961 ± 5</td>
			<td>14.2</td>
			<td>-185.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>704-881</td>
			<td>-480 ± 14</td>
			<td>1448 ± 13</td>
			<td>-92.6</td>
			<td>-279.4</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Таблица 1: термодинамические свойства сплавов ба-би (xБа = 0,05 - 0.25). Изменения в частичной Молярная entropies (<img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq16.jpg">) и частичное Молярная энтальпии (<img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq17.jpg">) для ба-би сплава композиции xBa = 0,05 до xBa = 0.25, исходя из линейной подходит emf ценностей, где склоны и перехватывает, <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq18.jpg"> и <img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq19.jpg"> </img>, соответственно. Эта таблица была изменена из Лихтенштейна и др. 5
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td rowspan="2">x Ба</td>
			<td colspan="3">E (V)</td>
			<td colspan="3">LN Ба </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>773 K</td>
			<td>873 K</td>
			<td>973 K</td>
			<td>773 K</td>
			<td>873 K</td>
			<td>973 K</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.05</td>
			<td>1.164</td>
			<td>1.183</td>
			<td>1.203</td>
			<td>-35</td>
			<td>-31,5</td>
			<td>-28.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.10</td>
			<td>1.137</td>
			<td>1.15</td>
			<td>1.164</td>
			<td>-34.1</td>
			<td>-30.6</td>
			<td>-27.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,15</td>
			<td>1,101</td>
			<td>1.114 представляем</td>
			<td>1.127</td>
			<td>-33</td>
			<td>-29.6</td>
			<td>-26.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,20</td>
			<td>1.075</td>
			<td>1,066</td>
			<td>1.076</td>
			<td>-32.2</td>
			<td>-28.3</td>
			<td>-25.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>1.075</td>
			<td>1.027</td>
			<td>1.032</td>
			<td>-32.2</td>
			<td>-27.3</td>
			<td>-24.6</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Таблица 2: измеренные значения ЭДС (E) и естественных журнал активности бария в висмута (ln Ба). Значения измеренных emf ба-би сплавов (xBa = 0,05 - 0,25) против Ba(s) и естественных журнал активности бария в висмута в 773 K, 873 K и 973 K. Эта таблица была изменена из Лихтенштейна и др. 5
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="2">Мольная доля, x Ба</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Номинальный</td>
			<td>Измеренные</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,03</td>
			<td>0,03</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.05</td>
			<td>0.05</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.10</td>
			<td>0,09</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,15</td>
			<td>0,14</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,20</td>
			<td>0,20</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>0.25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.30</td>
			<td>0.30</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Таблица 3: Номинальная и измерить содержание барий Ba-Sb бинарных сплавов. Номинальный и измеренных бария содержание Ба-Sb бинарных сплавов. Содержание барий Ba-Sb сплавов было подтверждено, что с использованием индуктивно сочетании плазмы атомной излученийn спектроскопия (ICP-AES). Эта таблица была изменена из Лихтенштейна и др. 12

Watch this Scientific Journal Video about Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique at JoVE.com

Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique

Этот протокол описывает измерения электродвижущей силы щелочной редкоземельных элементов в жидких сплавов при высоких температурах (723-1123 K), чтобы определить их термодинамические свойства, включая деятельность, частично Молярная энтропии, частичное молярной Энтальпия и фаза перехода температуры в диапазоне широкого состава.

Определение термодинамических свойств металлических сплавов алкалической земли жидкости с использованием метода электродвижущей силы

A novel electrochemical cell based on a CaF2 solid-state electrolyte has been developed to measure the electromotive force (emf) of binary alkaline ...

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Chemistry

Organic Chemistry

Physics

Unit 1

Thermodynamics and Chemical Kinetics

The Second Law of Thermodynamics

Thermochemistry

Electrochemistry

SCIENTISTS IN ACTION

Determination of the Gas-phase Acidities of Oligopeptides

Определение газовой фазе кислотность олигопептидов

Amino acid residues located at different positions in folded proteins often exhibit different degrees of acidities. For example, a cysteine residue ...

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox ...

Anticancer Metal Complexes: Synthesis and Cytotoxicity Evaluation by the MTT Assay

Противоопухолевые комплексы металлов: синтез и цитотоксичности оценка по методу МТТ-анализ

Titanium (IV) and vanadium (V) complexes are highly potent anticancer agents. A challenge in their synthesis refers to their hydrolytic instability; ...

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-2-aminoethyl-3-aminosilanetriol

Генерация нулевой валентностью металлический сердечник наночастиц с использованием N- (2-аминоэтил) -3-aminosilanetriol

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of ...

Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

Исследования в взаимодействий аминокислот и пептидов с использованием неорганических материалов с использованием одномолекулярной силовой микроскопии

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals ...

Surface Functionalization of Metal-Organic Frameworks for Improved Moisture Resistance

Функционализация поверхности металлоорганических рамок для улучшения влагостойкости

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous inorganic materials with promising properties in gas storage and separation, catalysis and sensing. ...

Disentangling High Strength Copolymer Aramid Fibers to Enable the Determination of Their Mechanical Properties

Распутывание сополимер высокопрочных арамидных волокон чтобы включить определение их механических свойств

Traditionally, soft body armor has been made from poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and ultra-high molecular weight polyethylene. However, to ...

Multiscale Sampling of a Heterogeneous Water/Metal Catalyst Interface using Density Functional Theory and Force-Field Molecular Dynamics

Мультимасштабный выборки гетерогенных воды/металла катализатора интерфейса с использованием теории функционала плотности и Force-Field молекулярной динамики

A significant number of heterogeneously-catalyzed chemical processes occur under liquid conditions, but simulating catalyst function under such conditions ...

Imaging Corrosion at the Metal-Paint Interface Using Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry

Коррозионная обработка изображений в интерфейсе Metal-краски с использованием вторичной спектрометрии "время полета"

Corrosion developed at the paint and aluminum (Al) metal-paint interface of an aluminum alloy is analyzed using time-of-flight secondary ion mass ...

A Microwave-Assisted Direct Heteroarylation of Ketones Using Transition Metal Catalysis

Микроволновая помощь Прямая Heteroarylation кетонов использованиеперехода металлический катализ

Heteroarylation introduces heteroaryl fragments to organic molecules. Despite the numerous available reactions reported for arylation via transition metal ...