III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

 

Целью нашей работы является процесс моделирования реакции восстановления хинона в гидрохинон и прогнозирование температурной зависимости энергии Гиббса в термодинамической системе. Реальные лабораторные условия не позволяют проводить эту реакцию в широком диапазоне температур, поскольку процесс определения изобарно-изотермического потенциала окислительно-восстановительной системы методом ЭДС требует длительного времени.

Реакцию проводят в гальваническом элементе в условиях, близких к термодинамически обратимым , при этом полезная работа системы будет максимальна и равна убыли энергии Гиббса. Для создания термодинамически равновесных условий применяют компенсационный метод измерения ЭДС - к полюсам элемента прикладывают извне ЭДС батареи, которая равна и противоположна ЭДС элемента. В этом случае Е элемента  отличается от ЭЛС батареи на величину, равную dE, которую не могут обнаружить даже самые чувствительные гальванометры. При этом через элемент проходит настолько малый ток, что реакция протекает с предельно малой скоростью, а потенциалы электродов сохраняют свое равновесное значение.

В нашем случае общая ЭДС складывается из ЭДС двух элементов, работающих за счет первой и второй стадий, и ЭДС хлорсеребряного электрода.

Это уравнение положено в основу имитационной модели определения энергии Гиббса методом ЭДС. Для создания виртуального эксперимента и моделирования изменения температуры мы воспользовались методом  имитационного моделирования процесса с помощью универсальной среды Stratum 2000.

Созданная на базе новейших информационных технологий, среда Stratum 2000 позволяет в короткие сроки спроектировать новую или проанализировать уже работающую систему, к какой бы прикладной области она не относилась. Пользователю-непрограммисту среда предоставляет широкий набор библиотек готовых объектов и возможность создания новых из необходимой предметной области, описывая их модель простым математическим языком. Объединяя объекты в графические схемы и соединяя необходимые переменные, пользователь получает работающую систему и может наблюдать за ее поведением, управлять ее работой, редактировать любые данные и структуру непосредственно в процессе работы. Использование объектно-ориентированного и модельного подхода позволяет свести к минимуму программирование в ручную, повысить скорость создания систем, легко модифицировать их в дальнейшем, проследить и описать эволюцию идей.

Визуальные средства проектирования среды позволили нам построить прототип системы из объектов (имиджей), поведе­ние которых моделирует основные закономерности реального физического объекта-прототипа. Имиджи объединяются в схему проекта информационными связями, являющимися отражением матери­альных и энергетических связей лабораторной уста­новки. Имеющиеся в среде Stratum графические и мультимедийные инструменты позволяют "оживить" воспроизведение функционирования моделируемой системы.

В результате виртуального эксперимента нами были получены температурные зависимости изобарно изотермического потенциала (энергии Гиббса) системы хинон-гидрохинон, что не представляется возможным в реальных лабораторных условиях.

Данные виртуального эксперимента представлены в таблице.

Код для цитирования: Скопировать