Дисульфид железа (пирит)

FeS2(к; пирит). Термодинамические свойства кристаллического дисульфида железа в стандартном состоянии при температурах 100 – 1500 K приведены в табл. FeS2_c.

Значения постоянных, принятые для расчета термодинамических функций, приведены в табл. Fe.1. В справочнике за стандартное состояние FeS2  (к, пирит) в интервале 0 – 1500 K принята кубическая модификация [64STR/AMS].

При T ≤ 298.15 K термодинамические функции пирита вычислены по результатам измерений теплоемкости в работе Гронволя и Веструма [62GRO/WES] ( 5-350 K; содержание железа и серы в образце составляло 46.53 и 53.45 % соответственно; примеси: Mn и Si по 0.008%, Ni – 0.0075%). Погрешность измерений составляла 5 % при 5 K, 1 % при 10 K и 0.1 % выше 25 K. С принятыми значениями хорошо согласуются данные Андерсона [37AND] (55 – 297 K). Результаты измерения теплоемкости в работе [76OGA] (10 – 350 K), представленные в графическом виде, не учитывались. Погрешности принятых значений S°(298.15 K) и H°(298.15 K) – H°(0), приведенных в табл.FeS2_c, оцениваются в 0.2 Дж×K‑1×моль‑1 и 0.03 кДж×моль‑1 соответственно.

При T > 298.15 K для теплоемкости пирита принято уравнение, выведенное по результатам измерений энтальпии в работе Кафлина [50COU] (404 – 980 K; содержание железа в образце – 46.51 %) и теплоемкости в работах Гронволя и Веструма [76GRO/WES] (300 – 780 K; использован образец, описанный в [62GRO/WES], погрешность измерений составляла 0.3 %) и Мроу и Нааса [79MRA/NAA] (100 – 800 K; на образце [62GRO/WES]). При совместной обработке погрешность данных оценивалась в 1, 0.3 и 1 % соответственно. При 310 K пирит обнаруживает небольшую аномалию теплоемкости с ΔS = 0.08 Дж×K‑1×моль‑1 , обусловленную, как считают авторы [62GRO/WES],  присутствием примеси Fe3S4.

Пирит плавится инконгруэнтно, диссоциируя при этом на пирротин Fe1-xS и пары серы. По данным [64STR/AMS] разложение пирита в вакууме начинается ниже 793 K, однако в работе [71FRA] наблюдалось инконгруэнтное плавление при температуре 973 K.

Погрешности вычисленных значений Φ°(T) при 298.15 и 1500 K оцениваются в 0.1 и 0.9 Дж×K‑1×моль‑1  соответственно. Расхождения между термодинамическими функциями FeS2 (к, пирит), приведенными в табл.FeS2_c и справочниках [77BAR/KNA] (T ≤  1016 K) и [85CHA/DAV] (T ≤ 1400 K), не превышают 0.2 Дж×K‑1×моль‑1  в значениях Φ°(T).

Константа равновесия реакции FeS2(к, пирит) = Fe(г) + 2S(г) вычислена с использованием значения DrH°(0) = 1126.828 ± 4.5 кДж×моль‑1, соответствующего принятому в данном издании значению энтальпии образования пирита

DfH°(FeS2, к, пирит, 298.15К) = -169 ± 4кДж×моль‑1.

Принятое значение основано на результатах измерений, приведенных в табл. Fe.39. Все работы разделены на 4 группы. Наибольшее число работ (13) посвящено исследованию равновесия реакции 2.334FeS(к) = 2.667Fe0.875S(к) + S2(г) (раздел 1). Из них к недостаточно надежным результатам приводят данные [17ALL/LOM], [29RAE], [62DIC/SHI], [74УГА/АНО] и [25БАЙ] (только одно измерение или значительное расхождение значений рассчитанных по II и III законам термодинамики). Результаты этих пяти работ в дальнейших расчетах не используются. Не использован также выпадающий результат работы [89FER/PIA]. Среднее по остальным 7 работам составляет 169.0 ± 4.0 кДж×моль‑1 (с учетом неточности в энтальпии образования Fe0.875S(к)).

Результаты работы [53ISH/SUD] (раздел 2) также показывают существенное расхождение значений рассчитанных методами II и III законов термодинамики и также не учитывались.

Результаты [64TOU/BAR, 76RAU] (раздел 3) относятся к такому типу равновесий, при котором сосуществуют фазы Fe(к) и FeS2(к); на диаграмме состояний системы Fe - S такой области нет. По-видимому, в обеих работах мы имеем дело не с результатами экспериментов, а с некоторой их обработкой. Среднее по этим двум работам составляет 169.8 кДж×моль‑1.

Из калориметрических исследований (раздел 4) можно выделить результат [88CEM/KLE]. Данные остальных работ, в которых определялась энергия сгорания пирита, существенно менее надежны; этот способ таит в себе возможности появления значительных ошибок, поскольку:

1)сжигание в кислороде не приводит к полному окислению пирита;

2) в продуктах опытов может находиться не только несгоревший FeS2, но и FeS;

3) окисление серы идет частично до SO2, частично до SO3.

В работе [66МОР/СТО2] использовался более надежный метод, однако, его применение для определения энтальпий образования Fe0.875S(к) и FeS(к) привело к завышенным по абсолютной величине результатам (см. разделы, посвященные выбору энтальпий образования пирротита и троилита).

Принятое значение базируется, главным образом, на результате работы [88СЕМ/KLE], с которым хорошо согласуются остальные отобранные результаты, представляющиеся менее надежными.

Авторы

Аристова Н. М.   bergman@yandex.ru

Гусаров А.В., Леонидов В.Я. a-gusarov@yandex.ru

Класс точности
3-E

Дисульфид железа (пирит) FeS2(к;пирит)

Таблица 2100
FES2[]C=FE+2S      DrH°  =  1126.828 кДж × моль-1
T C°p (T)  (T) S° (T) H° (T)  -  H° (0) lg K° (T) T
K Дж × K-1 × моль-1 кДж × моль-1 K
100.000
200.000
298.150
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1000.000
1100.000
1200.000
1300.000
1400.000
1500.000
18.710
49.040
62.170
62.345
68.785
72.241
74.523
76.250
77.682
78.942
80.095
81.179
82.215
83.217
84.195
85.156
1.814
10.103
20.624
20.822
31.387
41.181
50.127
58.298
65.791
72.700
79.106
85.077
90.668
95.926
100.891
105.594
7.084
30.543
52.930
53.315
72.247
87.999
101.384
113.006
123.284
132.507
140.885
148.570
155.679
162.299
168.502
174.344
   .527
4.088
9.632
9.748
16.344
23.409
30.754
38.296
45.994
53.827
61.779
69.843
78.013
86.285
94.656
103.124
-568.9631
-272.7970
-175.0799
-173.8510
-124.3271
-94.6031
-74.7898
-60.6444
-50.0432
-41.8057
-35.2233
-29.8446
-25.3687
-21.5872
-18.3513
-15.5517
100.000
200.000
298.150
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1000.000
1100.000
1200.000
1300.000
1400.000
1500.000

M = 119.967
DH° (0)  =  -165.302 кДж × моль-1
DH° (298.15 K)  =  -169.000 кДж × моль-1
S°яд  =  6.787 Дж × K-1 × моль-1

(T)  =  225.753120725 + 72.387 lnx - 0.005714 x-2 + 1.61765539094 x-1 + 44.255 x
(x = T ×10-4;   298.15  <  T <   1500.00 K)

31.10.06

Таблица Fe.1. Принятые значения термодинамических величин для железа и его соединений в кристаллической и жидкой фазах.

Вещество

Состояние

Ho(298.15K)-Ho(0)

So(298.15K)

Cop(298.15K)

Коэффициенты в уравнении для Cp°(T)а

Интервал температур

Ttr или Tm

DtrH или DmH

 

 

 

кДж×моль‑1

Дж×K‑1×моль‑1

a

b×103

c×10-5

K

кДж×моль‑11

 

Fe

кIII, куб.(a)

4.507

27.32

25.10

-6.749

137.193

-4.419b

298.15-800

-

-

 

 

кIII,.куб.(a)

-

-

-

-38217.381

87681.159

-29019.68c

800-1042

1042

0

 

 

кIII/, куб.(b)

-

-

-

-33783.834

39609.510

-73231.715

1042-1184

1184

0.9

 

 

кII, куб.(g)

-

-

-

24.267

8.284

-

1184-1665

1665

0.84

 

 

кI, куб.(d)

-

-

-

24.393

10.042

-

1665-1809

1809

13.8

 

 

ж

-

-

-

46

-

-

1809-5000

-

-

 

Fe0.947O

к, куб

9.46

57.58

48.12

57.490

-9.762

6.463b

298.15-1700

-

-

 

FeO

к, куб.

9.7

60.8

49.45

58.510

-8.712

6.463b

298.15-1650

1650

31

 

 

ж

-

-

-

68.2

-

-

298.15-4000

-

-

 

a-Fe2O3

кI, гекс.(a)

15.56

87.4

103.76

-14.059

591.386

-2.841b

298.15-955

955

0

 

 

кI, гекс.(a)

-

-

-

6593.647

-10494.07

5229.50c

955-1050

1050

0

 

 

кI, гекс.(a)

-

-

-

150.878

-18.252

2.481d

955-1050

1050

0

 

 

ж

-

-

-

165

-

-

1812-3000

-

-

 

g-Fe2O3

к, куб.

16.38

91.8

108.4

113.637

43.835

16.273

298.15-1000

-

-

 

Fe3O4

кI/, куб.

24.995

147.7

150.8

-115.989

1395.34

-15.275b

298.15-848

848

0

 

 

кI, куб.

-

-

-

3816.270

-6138.288

2729.83c

848-1000

1000

0

 

 

кI, куб.

-

-

-

290.797

-121.922

59.882d

1000-1870

1870

138

 

 

ж

-

-

-

230

-

-

1870-3000

-

-

 

FeOOH

к, ромб.(a)

10.82

60.4

74.48

80.195

28.505

12.635

298.15-1000

-

-

 

Fe(OH)2

к, гекс.

14.0

93

97

95.106

28.480

5.864

298.15-1000

-

-

 

Fe(OH)3

к, куб.

18.0

105

117

162.500

11.860

43.590

298.15-1000

-

-

 

FeF2

к, тетр.

12.76

87

68.12

61.306

37.739

3.945

298.15-1223

1223

50

 

 

ж

-

-

-

100

-

-

1223-4000

-

-

 

FeF3

кII, гекс.

17.7

112

91.4

-322.823

977.771

-109.073

298.15-367

367

0

 

 

кII, гекс.

-

-

-

103.656

20.978

23.913

367-640

640

0.58

 

 

кI, куб.

-

-

-

95

25

-

640-1200

1200-

60000-

 

 

ж

     

130

   

1200-2000

   

 

FeCl2

к, гекс.

16.1

118.06

76.60

89.666

-16.643

8.442b

298.15-950

950

42.8

 

 

ж

-

-

-

102

-

-

950-3000

-

-

 

FeCl3

к, гекс.

19.44

147.8

96.94

625.843

-1768.501

136.195b

298.15-580.7

580.7

40

 

 

ж

-

-

-

130

-

-

580.7-3000

-

-

 

FeOCl

К, ромб.

12.94

82.55

70.50

68.784

26.010

5.368

298.15-1000

-

-

 

FeBr2

кII, гекс.

18.1

140.7

79.75

72.394

24.672

-

298.15-650

650

0.4

 

 

кI, куб.

-

-

-

72.394

24.672

-

650-964

964

43

 

 

ж

-

-

-

105

-

-

964-2000

-

-

 

FeBr3

к, гекс.

21.8

173

100

92.615

24.771

-

298.15-1000

-

-

 

FeI2

кI/, гекс.

19.3

157

83.7

82.991

2.378

-

298.15-650

650

0.6

 

 

кI, гекс.

-

-

-

97

-

-

650-867

867

39

 

 

ж

-

-

-

105

-

-

867-2000

-

-

 

FeI3

cr

23.3

194

105

97.615

24.771

-

298.15-1000

-

-

 

 

                   

 

Fe0.875S

к, монокл.

9.22

60.73

49.82

-207.784

1436.440

-27.680b

298.15-589

589

1.75

 

 

кI, гекс.

-

-

-

41.976

13.064

-33.021

589-1000

1000

0

 

 

кI, гекс.

-

-

-

46.069

9.502

-27.709

1000-1400

-

-

 

Fe0.90S

кIII, гекс.

9.54

63.17

51.23

131.101

-330.434

18.195b

298.15-495

495

0.12

 

 

кII, гекс.

-

-

-

-852.342

7028.253

0c

495-534

534

0

 

 

кI, гекс.

-

-

-

11509.560

-31230.610

4219.240d

534-591

591

0

 

 

кI, гекс.

-

-

-

692.068

-1421.025

300.690e

591-740

740

0

 

 

кI, гекс.

-

-

-

40.862

13.854

-36.288

740-1400

-

-

 

FeS

кIII, гекс.(a)

9.35

60.31

50.54

-6316.835

40234.80

-630.350b

298.15-420

420

3.83

 

 

кII, гекс.(b)

-

-

-

83

-

-

420-440

440

0

 

 

кII, гекс.(b)

-

-

-

260.444

-910.713

-34.890c

440-590

590

0.29

 

 

кI, гекс.(g)

-

-

-

9.419

41.192

-98.163

590-900

900

0

 

 

кI, гекс.(g)

-

-

-

32.533

19.161

-71.547

900-1463

1463

32.34

 

 

ж

-

-

-

63.5

-

-

1463-3000

-

-

 

FeS2

к, куб. (пирит)

9.632

52.93

62.17

72.387

8.851

11.428

298.15-1500

-

-

 

 

                   

 

FeS2

к, ромб.

9.74

53.9

62.43

72.512

8.991

11.345

298.15-1500

-

-

 

 

(марказит)

                 

 

Fe3C

к, ромб.

17.69

104.6

106.3

103.866

-62.594

0b

298.15-485

-

-

 

 

(цементит)

                 

 

 

к, ромб.

-

-

-

92.717

25.038

-20.911

485-1500

1500

46.0

 

 

(цементит)

                 

 

 

ж

-

-

-

135

-

-

1500-3000

-

-

 

 

aCp°(T)=a+bT-cT-2+dT2 +eT3  (in J×K-1×mol-1)

Fe:  bd×106=-190.586,  e×109=109.992

       c d×10-6=-75319.531,  e×109=23009.113

Fe0.947O:  b d×106=9.120

FeO: b  d ×106=9.120

a-Fe2O3:  b d×106=-824.867,  e×109=438.688

               c d×106=4573.230

               d d×106=10.014

Fe3O4: b d×106=2301.340,  e×109=1439.780

            c d×106=2800.800

            d d×106=42.912

FeCl2b d×106=15.676

FeCl3b d×106=1705.290

Fe0.875S:  b d×106=-2918.920,  e×109=2175.710

Fe0.90S:  b d×106=440.030

              c d×106=-17916.190,  e×109=15098.030

              d d×106=23610.920

        e d×106=862.203

FeS: b d×106=-95198.600,  e×109=80170

        c d×106=1011.550

Fe3C: b d×106=237.323

 

Таблица Fe.39. К выбору энтальпии образования FeS2(к, пирит) (кДж×моль‑1; T = 298.15 К )

Источник

Метод

DrH°

DfH°(FeS2, пирит)

III закон

II закон

III закон

1. Равновесиe 2.334FeS2(к)=2.667Fe0.875S(к)+S2(г)

[17ALL/LOM]

Точка росы, 848-953К, 10 точек

275.2±3.6

-219±19

-171.0±3.2

[25БАЙ]

Перенос, 968К, 1 точка

268.5

-

-186.2

[29RAE]

Метод термического анализа,

268.5±1.7

-212±18

-168.2±3.0

 

863-959K, 8 точек

     

[30D'O]

Статический, 821-949К, 12 точек

268.2±1.7

-160.5±12

-168.0±3.0

[30RUD]

Статический, 873-962К, 7 точек

272.9±2.3

-186±14

-170.0±3.0

[32JUZ/BIL]

Статический, 902-942К, 5 точек

270.1±1.9

-188.5±10

-168.8±3.0

[54ROS]

Точка росы, 869-1031К, 23 точки

276.7±2.1

-194.5±13

-171.7±3.0

[59BOG/ROS]

Статический, 773-825К, уравнение

273.1±1.4

-174.8

-170.1±2.9

[62DIC/SHI]

Точка росы, 920-951К, 5 точек

273.1±3.3

-238±23

-170.1±3.2

[67ИСА/УГР]

Перенос, 873-948К, 8 точек

271.5±3.0

-179.9±30

-169.4±3.1

[73SCH]

ЭДС, 597-711К, 4 точки

274.1±1.8

-171.2±19

-170.6±3.4

 

(учтены измерения с наиболее

     
 

богатыми серой смесями)

     

[74УГА/АНО]

Статический, 923-1016К

263.4±7.9

-119

-166.0±4.4

[89FER/PIA]

Торзионный, 695-774К, (25-1) точка

286.9±1.1

-169.9±5.5

-176.0±2.9

         

2. Равновесие 1.166FeS2(к)+H2(г)=1.333Fe0.875S(к)+H2S(г)

[53ISH/SUD]

Перенос, 564-661К, 4 точки

75.0±3.0

-166.8±23

-190.3±3.9

         

3. Равновесие

Fe(к)+S2(г)=FeS2(к),

     

[64TOU/BAR]

Статический (по появлению

300.8±3.0

-171.2±3.0

-172.2±3.0

 

зародышей сульфидной фазы)

     
 

598-1016К, 18 точек

     

[76RAU]

То же, интегрирование данных

-

-

-167.4±4.0

 

по летучести серы в интервале

     
 

составов от Fe до FeS2, 820-1257K

     
         

4. Калориметрические измерения

[1897CAV]

Сжигание FeS2(к) в кислороде,

-2334±18

-187±6

 

3FeS2(к)+8О2(г)=Fe3O4(к)+6SO2(г)

   

[13MIX]

Сжигание FeS2(к) в Na2O2,

-

-149

 

3FeS2(к)+16Na2O2=

     
 

Fe3O4(к)+6SO2(г)+16Na2O(к)

     

[25БАЙ]

Сжигание FeS2(к) в кислороде,

-2448

-149

 

3 измерения

     

[40LEF/GEO]

То же

-2346

-183

[42ЛИП/УСК]

То же, 3 опыта

-2364±18

-177±6

[66МОР/СТО2]

Взаимодействие FeS2(к) с цинком

-215.9±5.9

-190.1±6.6(1)

 

FeS2(к)+2Zn(к)=

     
 

2ZnS(к,вюрцит)+Fe(к)

     

[84ГОР/БУЛ]

ДСК, 4FeS2(к)+11O2(г)=

-480±12

-886.6

 

2Fe2O3(к)+8SO2(г)

     

[88СЕМ/KLE]

Высокотемпературная

     
 

микрокалориметрия

     
 

FeS2(к)+Fe(к)=2FeS(к), 3 измерения

-33.5±2.1

-169.1±3.7

(1)Результат пересчитан с использованием принятого в данном издании значения:

DfH°(ZnS, к, вюрцит, 298.15К) = -203.0±1.5 кДж×моль‑1.

Список литературы

[1897CAV] Cavazzi A. - Rend. R. Acad. reale. Bologna, 1897, 8, p.205
[13MIX] Mixter W.G. - Amer. J. Sci, 1913, 36, No.4, p.55
[17ALL/LOM] Allen E.T., Lombard R.H. - Amer. J. Sci, 4, 1917, 43, p.175-195
[25БАЙ] Байков А.А. - Ж. русск. математ. общ-ва, 1925, с.147-196
[29RAE] Raeder M.G. - Kgl. Norske Videnskabs. Forh., 1929, 2, No.43, S.151-154
[30D'O] D'or L. - C. r. Acad. sci., 1930, 190, No.22, p.1296-1298
[30RUD] Rudder F. - Bull. Soc. Chim. France, 4, 1930, 47, p.1225-1254
[32JUZ/BIL] Juza R., Biltz W., Meisel K. - Z. anorg. und allgem. Chem., 1932, 205, No.3, S.273-286
[37AND] Anderson C.T. - J. Amer. Chem. Soc., 1937, 59, p.486-487
[40LEF/GEO] Lefebvre H., Georgiadis C. - Bull. Soc. Chim. France, 1940, 7, p.365-366
[42ЛИП/УСК] Липин С.В., Усков В.С., Клокман В.Р. - Ж. прикл. химии, 1942, 15, No.6, с.411-421
[50COU] Coughlin J.P. - J. Amer. Chem. Soc., 1950, 72, p.5445-5447
[53ISH/SUD] Ishihara T., Sudo K. - Sci Repts. Tohoku Univ., A, 1953, 5, No. 6, p.561-572
[54ROS] Rosengvist T. - J. Iron and Steel Inst. Japan, 1954, 176, No. 1, p.37-57
[59BOG/ROS] Bog S., Rosengvist T. - Trans. Faraday Soc., 1959, 55, No.9, p. 1565-1569
[62DIC/SHI] Dickson F.W., Shields L.D., Kennedy G.C. - Econ. Geol., 1962, 57, No.7, p.1021-1030
[62GRO/WES] Gronvold F., Westrum E.F. - Inorg. Chem., 1962, 1, No.1, p. 36-48
[64STR/AMS] Straumanis M.E., Amstutz G.C., Chan S. - Neues Jahrbuch fur Mineralogie, Abhandlungen, 1964, 101, No.2, S.127-141
[64TOU/BAR] Toulmin P., Barton P.B. - Geochim. Cosmochim. Acta., 1964, 28, No.5, p.641-671
[66МОР/СТО2] Морозова М.П., Столярова Т.А. - Вестн. Ленинград. ун-та, 1966, No.16, с.146-148
[67ИСА/УГР] Исакова Р.А., Угрюмова Л.Е., Челохсаев Л.С., Потанина Н.А. - Тр. Ин-та металлургии и обогащения АН Каз.ССР, 1967, 26, с. 49-56
[71FRA] Franz E.D. - Neues Jahrbuch fur Mineralogie, Monatshefte, 1971, No.10, p.436-440
[73SCH] Schneeberg E.P. - Econ. Geol., 1973, 68, No.4, p.507-517
[74УГА/АНО] Угай Я.А., Анохин В.З., Прокин А.Н., Пшестанчик В.Р. - Изв. АН СССР. Неорган. материалы., 1974, 10, No.2, с.250-253
[76GRO/WES] Gronvold F., Westrum E.F. - J. Chem. Thermodyn., 1976, 8, No. 11, p.1039-1048
[76OGA] Ogawa S. - J. Phys. Soc. Japan, 1976, 41, No.2, p.462-469
[76RAU] Rau H. - J. Phys. Chem. Solids, 1976, 37, p.425-429
[77BAR/KNA] Barin I., Knacke O., Kubaschewski O. - 'Thermochemical properties of inorganic substances.Supplement.', Berlin et al.: Springer-Verlag, 1977, p.1-861
[79MRA/NAA] Mraw S.C., Naas D.F. - J. Chem. Thermodyn., 1979, 11, No.6, p. 567-584
[84ГОР/БУЛ] Гордиенко П.С., Буланов С.Б. - 'Термический анализ и фазовые равновесия. Пермь.', Пермь, 1984, с.32-38
[85CHA/DAV] Chase M.W., Davies C.A., Downey J.R., Frurip D.J., McDonald R. A., Syverud A.N. - 'JANAF thermochemical tables. Third edition. J. Phys. and Chem. Ref. Data.', 1985, 14, No.Suppl. 1, p.1-1856
[88CEM/KLE] Cemic L., Kleppa O.J. - Phys. and Chem. Miner., 1988, 16, No. 2, p.172-179
[88СЕМ/KLE] Cemic L., Kleppa O.J. - Phys. and Chem. Miner., 1988, 16, No. 2, p.172-179
[89FER/PIA] Ferro D., Piacente V., Scardada P. - J. Chem. Thermodyn., 1989, 21, No.5, p.483-494