Defect structure of pseudo phases of wüstite

Abstract

There have been several reports in the literature of the existence of pseudo phases of wüstite, whereas other workers have disputed their existence. In this work the kinetics of the oxygen exchange reaction between carbon dioxide and carbon monoxide were measured on wüstite surfaces and discontinuities in the rate constants were observed at the proposed boundaries between the pseudo phases. This result supports the existence of pseudo phases and provides evidence for the location of pseudo phase boundaries. Rate constants were measured using an isotope exchange technique which allows for the measurement of the rate of the surface reaction, even when the overall rate is controlled by diffusion. The measured rate constants are dependent on the oxygen activity. This dependence is expressed by . m was found to change at oxygen partial pressures which have been proposed by other workers to define the phase boundaries of the pseudo phases. In the wüstite region m was found to be equal to 0·51, 0·66 and 1·0 for the w₁, w₂ and w₃ pseudo phases respectively at 995°C. At 850°C, in wüstite, m was found to be equal to 0·59 for the w₁’ and w₂’ pseudo phases and 1·0 for the w₃’ pseudo phase. Analysis of the oxygen potential dependence of the rate constants showed the following defects to be dominant: in the w₁ and w₁’ regions the 7∶2 type II, in w₂ and w₂’ regions the 12∶4 type II and in the w₃ and w₃’ regions the 16∶5 type I.

Il y a eu plusieurs rapports dans la littérature concernant l’existence de pseudos phases de wustite, alors que d’autres travailleurs disputent de leur existence. Dans ce travail, on a mesuré la cinétique de la réaction d’échange d’oxygène entre le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone à la surface de la wustite et l’on a observé des discontinuités des constantes de vitesse aux limites proposées entre les pseudos phases. Ce résultat supporte l’existence de pseudos phases et fournit l’évidence de la localisation des limites de la pseudo phase. On a mesuré les constantes de vitesse en utilisant une technique d’échange d’isotope qui permet de mesurer la vitesse de la réaction de surface, même si la vitesse globale est contrôlée par la diffusion. Les constantes de vitesse mesurées sont dépendantes de l’activité de l’oxygène. Cette dépendance est exprimée par . On a trouvé que m changeait à des pressions partielles d’oxygène proposées par d’autres travailleurs pour définir les limites de phase des pseudos phases. Dans la région de la wustite, on a trouvé que m était égal à 0·51, 0·66 ou 1·0 pour les pseudos phases w₁, w₂ et w₃ respectivement, à 995°C. À 850°C, dans la wustite, on a trouvé que m était égal à 0·59 pour les pseudos phases w₁’ et w₂’ et 1·0 pour la pseudo phase w₃’. L’analyse de la dépendance du potentiel d’oxygène des constantes de vitesse a montré que les défauts suivants dominaient: dans les régions w₁ et w₁’, le type II, 7∶2, dans les régions w₂ et w₂’, le type II, 12∶4 et dans les régions w₃ et w₃’, le type I, 16∶5.

Keywords:

• Defect structure
• Wustite
• Pseudo phases
• Oxygen exchange reaction
• Isotope exchange technique