Компьютерное моделирование химических взаимодействий - страница 3

Ещё один из аспектов условия полноты термодинамических данных – относительно всего поля устойчивого существования соединения – особо актуален при исследовании неорганических систем в широком диапазоне давлений и, что наиболее существенно, температур. Вызвано это потребностями как чисто научного, так и технологического планов не только при "нормальных", близких к стандартным, условиях, но и, в первую очередь, в области высоких температур (порядка 1000°C и выше). В литературе редки, к сожалению, случаи полноты такой информации (точек и областей полиморфных и агрегатных переходов, их термодинамических характеристик, температурных зависимостей теплоемкости) и её согласованности.

На основании многолетней работы нами были собраны базы термодинамических данных, обладающие требованиями химической полноты, термодинамической полноты и объективной точности содержащейся в них информации.

Кроме того, ведется постоянная работа над базами данных, в результате чего происходит их пополнение и улучшение.

Случаются ситуации, когда в исследуемых системах образуются такие соединения, которые на сегодняшний день малоизучены. Их термодинамические характеристики неполны, а то и вовсе отсутствуют. В таких случаях возможно применение различных расчетных методик, что является отдельной непростой задачей.

С одной из таких системы мы столкнулись, когда начали изучать проблемы, возникающие в трубопроводах при добыче и транспортировке нефти.

Одной из трудностей в термодинамическом исследовании таких систем является образование в них газовых гидратов – соединений, которые нестабильны в обычных условиях, а потому их свойства мало изучены.

Вследствие проведенной работы [4] был осуществлен анализ существующих подходов к исследованию свойств газогидратов и получены их термодинамические характеристики, необходимые для дальнейших расчетов.

Изучение методов расчета не рассматривается в данном пособии, предлагаем заинтересованным читателям начать с [5].

В данном разделе мы введем терминологию, которой будем пользоваться в следующих частях книги для описания исследования реальных систем методом термодинамического моделирования. Кроме того, рассмотрим виды термодинамических расчетов и их области применения.

Фазовый расчет. Представьте такие условия, при которых вещества в системе могут химически реагировать между собой, но не могут образовывать растворов. На практике приближенные к этому условия могут быть реализованы в системе, состоящей из веществ, находящихся в твердом состоянии.

Термодинамическая модель такой системы предполагает, что все вещества существуют в системе только в индивидуальном состоянии, то есть их активности равны единице, не образуется ни твердых, ни жидких, ни газообразных растворов.

Фазовый расчет можно также разделить на два: без возможности образования газов и с возможностью образования газов.

Первый случай реализуется в условиях, когда в системе невозможно газообразование: толща материала, высокие давления и пр.

Второй случай, когда образование газов возможно, однако при этом газы не образуют растворов, а существуют в индивидуальном состоянии, является, по сути, упрощением реальных систем.

Фазовый расчет с газовой фазой позволяет определить наиболее устойчивые соединения, вносящие самый весомый вклад, определяющий движущую силу процесса.