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Titolo: Ossidazione alle alte temperature: entalpia

Per miei loschi scopi (equazione del taglio laser) mi servirebbe sapere 
quanta energia termica sprigiona l'ossidazione del ferro. Ho trovato 
l'entalpia di formazione dell'ematite (Fe2O3), -822,6 kJ/mol, però:
1) è a temperatura e pressione standard, mentre il processo di taglio si 
svolge a pressione di qualche bar e a temperature vicine o superiori ai 
1000 gradi... come cambia l'entalpia di formazione in queste condizioni?
2) Fe2O3 è l'unico composto che si forma? Gli altri ossidi (tipo FeO 
ecc.) non si formano? Come posso determinare i composti formati e le 
loro percentuali relative?
3) La coramina depositata sulla superficie di taglio deve essere messa 
nel conto o rientra già nel computo dell'ossido formatosi?
4) L'acciaio contiene una piccola parte di carbonio (0,5%-1,5%): come 
influenza il processo? Devo tenerne conto o posso trascurarlo?
Grazie a tutti quelli che vorranno rispondere... mi basterebbero anche 
delle semplici indicazioni qualitative :-)

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1) qui trovi H in funzione della temperatura in vari range di T (devi
sommare i contributi di ogni termine):
http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?Formula=Fe2O3&NoIon=on&Units=SI&cTC=on&cTR=on
2) sicuramente si forma anche FeO ma non ho la più pallida idea di
quali possano essere le percentuali.
3) non so cos'è la coramina.
4) se ti basta circa l'1 per cento di precisione si.

 3) non so cos'č la coramina.
Trattasi di pellicola semitrasparente bluastra, che riveste le lamiere 
lavorate a caldo in atmosfera libera (in azoto non si forma). Presumo 
che pure lei sia composta di ossidi di ferro, magari con ferro in 
eccesso... bof
Grazie in ogni caso per le indicazioni (e il sito del NIST ^_^)

 eccesso... bof
"coramina" l'ho sentito soltanto nel "micoren", un cardiotonico 
... è possibile che abbia qualcosa a che vedere con la 
"calamina" ? Quest'ultima in effetti è grigio-nera lucente (ma 
magari se impregnata dei lubrificanti di lavorazione potrebbe 
virare al bluastro, siccome pure io ho maneggiato non poche 
lamiere grigioblu scure), e ha una composizione vicina a Fe3O4 
(magnetite), compatibilmente con il non essere in condizioni 
ordinarie di formazione un composto perfettamente stechiometrico.
Fe3O4 è l'ossido di ferro più stabile a caldo se non venga 
imposta una sovrappressione esterna di ossigeno opportuna (e 
viceversa lo stechiometrico Fe2O3, se scaldato a pressione 
ordinaria, tende a perdere lentamente un po' di ossigeno sino a 
formare la calamina, processo che cmq avviene a prescindere in 
presenza di un eccesso di ferro metallico, che esiste sempre nei 
casi concreti di laminati ferrosi).
Invero lo strato di ruggine (ammettendo di essere in condizioni 
anidre, non troppo lontane dal vero nelle lavorazioni a caldo e 
a secco o con olio come lubrificante) è costituito da strati 
successivi via via sempre più ricchi in ferro man mano che ci si 
approfondisce, a partire da FeO (a contatto col ferro) sino a 
Fe2O3 (a contatto con l'aria), passando per la calamina 
intermedia, e chissà quante fasi di transizione non 
perfettamente stechiometriche, difettive per l'uno o l'altr ione 
a seconda.
Non dovrebbe essere impossibile asportare chimicamente un po' di 
ossidi (che so, con EDTA, la butto lì a naso, ma magari ci sono 
decappanti migliori che sciolgono bene tutti gli ossidi ma che 
non intaccano affatto Fe metallico) e titolare la miscela in 
doppia analisi : prima una titolazione redox tipo zimmermann, 
poi una complessometrica totale del ferro III ottenuto, in modo 
da stabilire estremo massimo e minimo di FeO e Fe2O3 (la 
calamina stessa, che peraltro è tra i più duri da sciogliere, 
computandola un tanto al chilo, conta come 1 Fe II e 2 Fe III, 
per quanto termodinamicamente presumo sia più stabile della 
media ponderata dei suoi due ossidi componenti formali puri)
ciao
Soviet_Mario
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 possibile che abbia qualcosa a che vedere con la "calamina" ? 
Possibilissimo. Il termine "coramina" l'ho appreso parlando con chi 
lavora il ferro in officina, per cui non mi stupirei se non fosse 
proprio-proprio quello :-)
Il mio scopo è di stimare i parametri di taglio laser per lamiere di un 
dato spessore e materiale (potenza del laser, velocità di taglio e 
pressione del gas di taglio). Ho alcune equazioni (teoriche) che 
descrivono il processo, la più complessa delle quali è per il taglio con 
ossigeno, in cui una parte del calore viene dalla combustione del ferro 
ad alta temperatura. Sto cercando di stimare il contributo termico.
La calamina non è un problema per il taglio, anzi semmai aiuta perchè è 
scura e assorbe di più la luce del laser, ma mi dicono che invece lo è 
per la verniciatura... se non si rimuove la calamina poi non tiene la 
vernice.

 ponderata dei suoi due ossidi componenti formali puri)
Quello che proponi č molto piů facile di come la fai tu: il materiale 
asportato dal laser sfugge sotto la lamiera sotto forma di un getto di 
scintille incandescenti, creando col tempo uno spesso strato di residui 
(goccioline metalliche fortemente ossidate, grandi da meno di 0,1 mm a 
qualche mm. Le piů grandi non sono nemmeno solide: si rompono facilmente 
con un martello, rivelando una serie di vuoti interni: in pratica 
schiuma metallica solidificata. Una parte del ferro vaporizza perfino, 
quindi. Me ne posso procurare facilmente qualche tonnellata :-)
Il problema č economico: quanto mi costerebbe far analizzare 
quantitativamente questi residui da un laboratorio??? Non č che ho 
dietro le spalle la NASA o il MIT...

 dietro le spalle la NASA o il MIT...
Non so, anche se in sé l'analisi non è costosa come costi 
"vivi". Inoltre potrebbe essere sufficiente fare la stima una 
tantum, mica di routine, sebbene è vero che variando la potenza 
del laser (e forse ancor più la pressione parziale di O2), la 
frazione di ossidi formati può variare.
Un compromesso potrebbe essere provare a paragonare l'azione del 
laser in stesse condizioni su un campione grezzo (nero) e uno 
decappato al momento (ad es. con acido cloridrico conc.).
Se l'ossidazione contribuisce molto, l'assenza di ossidi sarebbe 
favorevole. Ma occhio cmq al rischio (non so se sussista ma non 
voglio causare danni) della alta riflettanza del ferro argenteo 
decappato al momento ! Poi non so se magari l'assenza di 
calamina possa facilitare l'arrugginimento anche nei dintorni 
del taglio.
cmq, mi spiace, ma temo di non poterti essere di aiuto nel caso 
specifico.
ciao
soviet_mario
P.S. ma sei lo stesso di it.C++ ?

 P.S. ma sei lo stesso di it.C++ ?
Sì... sono stato sorpreso anch'io di vederti qui :-)

 Sì... sono stato sorpreso anch'io di vederti qui :-)
Eh, capita. In effetti io sono di casa qui e la vengo raramente 
(in questo periodo poi proprio non sto scrivendo più una riga di 
codice da almeno un mese)
ciao
Soviet_Mario

 subordinate alla stima precedente, come priorità)
E questo ci riporta all'analisi quantitativa delle scorie. Vedrò di 
sentire un laboratorio... hai visto mai che costi poco?

 stimare in che percentuale.
Già, poi immagino che bisognerebbe anche stimare in che modo si
comporta il vapore di ferro e degli ossidi nei confronti della
radiazione; mi sembra importante la velocità con cui i vapori si
allontanano dallo stato condensato per permettere al laser di
continuare a scaldarlo.

 vaporizzazione sia necessaria. 
No, o almeno non è necessario per il taglio con ossigeno. La potenza di 
esempio che ho calcolato non è tanto lontana da quella reale (dati di 
produzione reali: 1800W per la foratura iniziale e 1500W per il taglio 
continuo 900mm/min, acciaio dolce 15mm)
In fase di foratura la vaporizzazione è più importante, ma la sua 
incidenza diminuisce una volta che il taglio è a regime.
La vaporizzazione è importante per i laser NdYAG, che lavorano ad 
impulsi, ma per i laser in onda continua non è il meccanismo principale 
di taglio. In entrambi i casi i vapori di ferro vengono immediatamente 
soffiati via dal getto di ossigeno, non mi stupirei se venissero 
completamente ossidati. Se il gas non ha pressione sufficiente si forma 
un "fungo" luminoso di vapori metallici intorno alla zona di taglio... e 
la testa di taglio si rovina.


Massimo Soricetti ha scritto:
'Scolta ... forse mi è venuta una mezza idea del come stimare, 
anzi, non proprio stimare ab-initio, ma fare una comparazione in 
condizioni operative reali, del contrubuto della benedetta 
ossidazione.
Immaginando di poter erogare dagli ugelli soffianti miscele 
gassose che non siano necessariamente aria compressa o ossigeno 
compresso, ma gas da bombole arbitrarie, ebbene, sarebbe 
sufficiente attaccare bombole alternative, e vedere quanto in 
più devi consumare (ammettendo di poter regolare dinamicamente 
la potenza, anche a taglio in corso diciamo) per mantenere 
risultati paragonabili.
Io proverei (escludendo l'ideale argon per ragioni di costo 
superiore), nell'ordine CO2 e poi azoto. Se, come hai detto, il 
soffiante è ad alta pressione, almeno localmente si ha il 
completo controllo dell'atmosfera di taglio (penso ai casi 
comuni delle saldatrici a elettrodo e di quelle a filo continuo, 
che consumano poco gas pur impedendo l'ossidazione del cordolo 
di saldatura fuso e di eventuali schizze e vapori).
Rimane per me sempre oscuro come, anche avendo misurato il 
contributo entalpico, questo dato ti consenta di regolare, come 
hai scritto, al primo colpo i parametri di taglio, dato che 
purtroppo è soltanto uno dei dati rilevanti (mentre non si 
conosce l'entità delle dissipazioni energetiche, anche la 
sublimazione, come diceva cometa, che non è certo nulla).
Ah, considerazione a latere forse ovvia .... ma non puoi provare 
gli enne tagli di prova su sfridi di lamiere già venute male e 
quindi già da buttare via ? Così sprechi soltanto la potenza del 
laser, ma non interi pezzi di ferro.
Ovvio che se poi pretendono pure che le prove vengano fatte 
lavorando in orario di produzione a regime, purtroppo non si può 
che rispondere che si arrangiassero ! Cioè, anche per le prove 
più semplici almeno il tempo di eseguirle in pace ci vuole !
Ah, ovviamente sotto CO2 la calamina non si forma al momento del 
taglio, al max un pochetto quando la soffiante è passata oltre e 
la lamiera è ancora calda.
ciao
Soviet

Avrei dovuto immaginare che qualcun altro si era fatto le stesse domande 
che mi sono fatto io...
http://citeseer.ist.psu.edu/538191.html