Materiaalkundige thermodynamica

Studiefiche
Vanaf academiejaar 2014-2015
Materiaalkundige thermodynamica (E066190)
Cursusomvang
(nominale waarden; effectieve waarden kunnen verschillen per opleiding)
Studiepunten 6.0
Studietijd 180.0 u
Contacturen
60.0 u
Aanbodsessies en werkvormen in academiejaar 2014-2015
A (semester 1)
B (semester 1)
werkcollege
practicum
werkcollege: PC-klasoefeningen
begeleide zelfstudie
werkcollege
werkcollege: PC-klasoefeningen
hoorcollege
practicum
Lesgevers in academiejaar 2014-2015
De Graeve, Iris
TW10
20.0 u
5.0 u
20.0 u
15.0 u
20.0 u
20.0 u
15.0 u
5.0 u
Verantwoordelijk lesgever
Aangeboden in onderstaande opleidingen in 2014-2015
stptn
Brugprogramma Master of Science in Sustainable Materials
6
Engineering
Brugprogramma Master of Science in de ingenieurswetenschappen:
6
materiaalkunde
Master of Science in de ingenieurswetenschappen: materiaalkunde
6
(afstudeerrichting textielkunde)
Master of Science in de ingenieurswetenschappen: materiaalkunde
6
Master of Science in Sustainable Materials Engineering
6
Master of Science in de ingenieurswetenschappen: materiaalkunde
6
(afstudeerrichting metaalkunde)
aanbodsessie
B
A
A, B
A
B
A, B
Onderwijstalen
Nederlands, Engels
Trefwoorden
Elektrochemie, Thermodynamica, Potentiaal functies, metallische oplossingen.
Situering
Deze cursus is opgebouwd uit twee gekoppelde luiken.
Het eerste luik handelt over Elektrochemie. Dit luik omvat de basisbegrippen van
elektrochemische processen. Meer bepaald worden de fundamentele principes van
electroden en elektrodepotentialen, de beweging van ionen in oplossingen
(elektrolyten), en de dubbellaagconcepten besproken, evenals de kinetische aspecten
in elektrochemische processen. Verder worden de elektrochemische meetmethodes
toegelicht aan de hand van onderzoeksgerelateerde casestudies; zowel globale als
lokale elektrochemische technieken komen aan bod. Enkele belangrijke
elektrochemische toepassingen worden ingeleid, zijnde corrosie van metalen,
elektrolytische productie van metalen en elektrochemische energie.
In het tweede luik van de cursus volgt een uiteenzetting van de fundamentele
begrippen betreffende de thermodynamica van metallurgische processen (pyro-, hydroen elektrometallurgie) met als doel het verwerven van inzicht in de pyro-, hydro- en
elektrometallurgische fenomenen via de studie van de evenwichtsthermodynamica.
Thermodynamische aspecten van de ontwikkeling van fasediagrammen. Toepassing
van de begrippen via de studie van metallurgische processen: oefeningen
gecombineerd met het gebruik van thermodynamische databases. De cursus vormt de
(Goedgekeurd)
1
basis voor de extractieve pyro-, hydro- en elektrometallurgie.
Inhoud
• Voor het luik Elektrochemie:
• Fundamentele principes en concepten:
• o Elektrodes en elektrochemische reacties, oxidatie en reductie,
• o Definitie evenwichtscelpotentiaal, standaard elektrodepotentiaal, Nernstvergelijking,
activiteit
• versus concentratie, referentie-elektrodes, galvanische cel, Pourbaix diagram,
• o Fluxvergelijking: bijdrages van diffusie, migratie en convectie van ionen in oplossing,
• o Concepten en modellen van de dubbellaag,
• o Kinetiek en mechanismes van elektrodereacties: snelheidsconstantes, ladingsoverdracht
en
• stroomdensiteit, Butler-Volmer vergelijking, kinetische factoren
• (overtdrachtscoëfficient en uitwisselingsstroomdichtheid), polarisatiecurve,
• overpotentiaal, invloed van massaoverdracht (concepten limietstroom en gemengde
• kinetiek).
• Methodes:
• o Globale methodes: polarisatiecurves of lineaire sweep voltammetrie (LSV), cyclische
• voltammetrie (CV), elektrochemisch impedantiespectroscopie (EIS),
• o Lokale methodes: micro-cell, scanning vibrerende elektrode techniek (SVET), scanning
• elektrochemische microscopie (SECM),..
• Toepassingen en voorbeelden:
• o Voorbeelden van corrosie,
• o Productie van aluminium,
• o Batterijen en brandstofcellen.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Voor het luik Thermodynamica:
Algemene definities in de thermodynamica, eerste, tweede en derde hoofdwet van de
thermodynamica
Thermodynamische Functies: De evenwichtsconstante en thermodynamische
functies, Warmte-inhoud en vormingsenthalpie, Temperatuurafhankelijkheid van de
reactie-enthalpie, Entropie, Gibbsvrije energie en reactie-evenwicht
Fase-evenwichten: Twee-fase evenwicht, Wet van Clausius Clapeyron,
Multicomponent systemen, Fase-regel van Gibbs, Ellingham diagrammen (met
nomografische randschalen en limitaties)
Metallische oplossingen: Partieel molaire grootheden en integrale molaire
grootheden, De chemische potentiaal, Ideale oplossingen en de wet van Raoult,
Standaardtoestanden en activiteiten, Niet ideale metallische oplossingen en
activiteitscoëfficiënten, Niet ideale metallische oplossingen en de wet van Henry,
Verband tussen ideaal Raoults gedrag en ideaal Henry's gedrag, Transformaties
tussen de verschillende standaardtoestanden, Integratie van de vgl. van Gibbs
Duhem voor binaire oplossingen, Menggrootheden, Excesgrootheden, "Reguliere
oplossingen", wet van Sieverts
Thermodynamische behandeling van metallurgische processen: Siderurgie, Nonferrometallurgie
Thermodynamica en Kinetika van elektrometallurgische reacties:
Evenwichtspotentialen, Pourbaix diagrammen, celpotentialen, Elektrode kinetika
(Butler Volmer), Overspanningen, Gekoppelde elektroden met stroomdoorgang,
Evans diagrammen, Stabiliteit van metalen in waterige oplossingen, Elektrodepositie
en elektrokristallisatie
Capita selecta: Hoge temperatuur elektrochemische cellen, Stabiliteit van keramische
materialen
Begincompetenties
basiskennis chemie uit bachelor
Eindcompetenties
BEGRIPPEN: Elektrochemische processen; Thermodynamische functies; Faseevenwichten; Kinetica
INZICHTEN: Verwerven van basiskennis voor andere opleidingsonderdelen in de
materiaalkunde; Beredeneren van de interacties in de pyrometallurgie
VAARDIGHEDEN: Kennis van begrippen nodig in de elektrochemische processing van
materialen, winningsmetallurgie en de recyclage van metalen; Kennis van begrippen
nodig in de ontwikkeling van legeringen; Kennis van begrippen ivm de duurzaamheid
van materialen; Kennis van begrippen rond thermodynamische stabiliteit van
keramische materialen; Gebruik en interpretatie van thermodynamische databases;
(Goedgekeurd)
2
Kennis van de limitaties van thermodynamische databases
Creditcontractvoorwaarde
Toelating tot dit opleidingsonderdeel via creditcontract is mogelijk mits gunstige beoordeling
van de competenties
Examencontractvoorwaarde
Dit opleidingsonderdeel kan niet via examencontract gevolgd worden
Didactische werkvormen
Begeleide zelfstudie, hoorcollege, practicum, werkcollege, zelfstandig werk, werkcollege: PCklasoefeningen
Leermateriaal
Syllabus #Materiaalkundige thermodynamica#.
Referenties
• GASKELL D.R., 'Introduction to the thermodynamics of materials', Taylor&Francis,
• 2003
• BRETT C.M.A.,BRETT A.M.O., ‘Electrochemistry: Principles, Methods and
• Applications’, Oxford Science Publications, 1993
Vakinhoudelijke studiebegeleiding
Evaluatiemomenten
periodegebonden en niet-periodegebonden evaluatie
Evaluatievormen bij periodegebonden evaluatie in de eerste examenperiode
Schriftelijk examen, mondeling examen
Evaluatievormen bij periodegebonden evaluatie in de tweede examenperiode
Schriftelijk examen, mondeling examen
Evaluatievormen bij niet-periodegebonden evaluatie
Vaardigheidstest
Tweede examenkans in geval van niet-periodegebonden evaluatie
Examen in de tweede examenperiode is enkel mogelijk in gewijzigde vorm
Toelichtingen bij de evaluatievormen
Periodegebonden evaluatie: mondeling examen met gesloten boek, schriftelijke
voorbereiding. Niet-periodegebonden evaluatie: beoordeling van practicumwerk.
Eindscoreberekening
(Goedgekeurd)
3

Download Report