Моделирование медного шарика в серной кислоте

[qwofer]

Доброго времени суток, %username%!

 

Прежде чем описать причину, по которой я зарегистрировался на этом форуме, хочу рассказать историю.

 

Мне 21 год, живу в России, город Волгоград. Работаю программистом в крупной компании, люблю заниматься спортом. У меня есть хороший друг, он заканчивает школу в этом году и сильно любит химию: ездит на олимпиады, участвует в открытых университетских соревнованиях. Хороший парень, но есть у него проблема - он не может определиться куда поступить (сдает химию, физику, информатику, русский и математику).

Я, как фанат программирования, советую поступить ему на программиста - ведь не сложно, я тоже закончил юр.факультет, а сам работаю программистом - дело ведь в любви к своему предмету. Мотивирую это тем, что программисту легко заработать денег (те же сайты писать, например), а получив соответствующие знания по химии и программировании устроиться куда-нибудь в эти сферы.

Собственно, question 1: как сильно востребованы химико-программисты (сам хочу изучить химию в достаточной степени)?

 

Далее. Была у меня дипломная работа - исследование стационарной ударной волны проходящей в полидисперсной газокапельной среде с учетом испарения капель двух диаметров. Нужно было проследить её поведение на интервале времени, скажем, первые 10 секунд (построить графики и т.д.) - меня это очень захватило, моя программа на 4х ядрах core i5 моделировали ситуацию почти 2 часа. Вспомнив об этом, и желая как-то замотивировать друга, я спросил его - а что можно интересное запрограммировать в химии?

Подумав, мы остановились на исследовании объема медного шарика диаметром в 1см, погруженного в концентрированную серную кислоту в зависимости от времени, сколько он в ней пролежит. Естественно, нужно запрограммировать.

Собственно, question 2: подскажите, в каком направлении нам нужно начать двигаться, откуда вывести формулы для решения этой задачи (если знаний в программировании более чем достаточно)?

 

Заранее благодарю за ответы, спасибо.

[Sovetnik]

Для качественного описания процесса достаточно математического описания диффузии:

- доставка реагирующих веществ к поверхности;

- отвод продуктов реакции от поверхности.

Но для количественного описания процесса нужно знать соответствующие коэффициенты диффузии для всех участвующих веществ. Их смотрят в справочниках или рассчитывают по эмпирическим формулам.

Кроме того необходимо знать константы скоростей всех основных (желательно и побочных) реакций.

А вот здесь рассчитать их теоретически, как правило, невозможно и их определяют исключительно экспериментально.

Вообще, практическая химия - это эксперимент, а там где начинается математика - кончается химия.

[aversun]

Медь растворяется только в горячей конц. H2SO4, в холодной она может лежать долго, и пойдут побочные реакции с окисления меди кислородом воздуха.

[qwofer]

Для качественного описания процесса достаточно математического описания диффузии:

- доставка реагирующих веществ к поверхности;

- отвод продуктов реакции от поверхности.

Прошу Вас уточнить, где эти сведения можно найти?

[Vic77]

Доброго времени суток, %username%!

 

Прежде чем описать причину, по которой я зарегистрировался на этом форуме, хочу рассказать историю.

 

Мне 21 год, живу в России, город Волгоград. Работаю программистом в крупной компании, люблю заниматься спортом. У меня есть хороший друг, он заканчивает школу в этом году и сильно любит химию: ездит на олимпиады, участвует в открытых университетских соревнованиях. Хороший парень, но есть у него проблема - он не может определиться куда поступить (сдает химию, физику, информатику, русский и математику).

Я, как фанат программирования, советую поступить ему на программиста - ведь не сложно, я тоже закончил юр.факультет, а сам работаю программистом - дело ведь в любви к своему предмету. Мотивирую это тем, что программисту легко заработать денег (те же сайты писать, например), а получив соответствующие знания по химии и программировании устроиться куда-нибудь в эти сферы.

Собственно, question 1: как сильно востребованы химико-программисты (сам хочу изучить химию в достаточной степени)?

 

Далее. Была у меня дипломная работа - исследование стационарной ударной волны проходящей в полидисперсной газокапельной среде с учетом испарения капель двух диаметров. Нужно было проследить её поведение на интервале времени, скажем, первые 10 секунд (построить графики и т.д.) - меня это очень захватило, моя программа на 4х ядрах core i5 моделировали ситуацию почти 2 часа. Вспомнив об этом, и желая как-то замотивировать друга, я спросил его - а что можно интересное запрограммировать в химии?

Подумав, мы остановились на исследовании объема медного шарика диаметром в 1см, погруженного в концентрированную серную кислоту в зависимости от времени, сколько он в ней пролежит. Естественно, нужно запрограммировать.

Собственно, question 2: подскажите, в каком направлении нам нужно начать двигаться, откуда вывести формулы для решения этой задачи (если знаний в программировании более чем достаточно)?

 

Заранее благодарю за ответы, спасибо.

шучу :ce:

трудно плыть в серной кислоте,

особенно когда по пояс деревянный

[Кхн]

Прошу Вас уточнить, где эти сведения можно найти?

Сомневаюсь, что можно легко найти коэффициенты диффузии сернокислой меди в растворе серной кислоты, например, при +50^оС.

Это же математическое моделирование - все упрощается и предполагается:

• Коррозия равномерная, ну, например, с постоянной скоростью 10 г/м2 сут (по справочнику или прочие данные). Если найдете константы скоростей всех реакций при взаимодействии меди с серной кислотой где-нибуль в очень научном журнале после долгого поиска, то чудесно
  
• Перемешивание интенсивное, диффузионным сопротивлением массопереносу пренебрегаем
  
• Одно дифференциальное уравнение - уменьнение диаметра шарика во времени вследствие его растворения
  
• 15 мин работы для программиста и знающего "мужика Рунге-Кутта"
  
• Ну и куча времени для красивой визулизации "энтого" шарика, который прямо-таки на глазах испаряется в едкой жидкости :by:
  

Изменено 3 Апреля, 2013 в 14:15 пользователем Кхн

[Vic77]

Сомневаюсь, что можно легко найти коэффициенты диффузии сернокислой меди в растворе серной кислоты, например, при +50^оС.

Это же математическое моделирование - все упрощается и предполагается:

• Коррозия равномерная, ну, например, с постоянной скоростью 10 г/м2 сут (по справочнику или прочие данные). Если найдете константы скоростей всех реакций при взаимодействии меди с серной кислотой где-нибуль в очень научном журнале после долгого поиска, то чудесно
  
• Перемешивание интенсивное, диффузионным сопротивлением массопереносу пренебрегаем
  
• Одно дифференциальное уравнение - уменьнение диаметра шарика во времени вследствие его растворения
  
• 15 мин работы для программиста и знающего "мужика Рунге-Кутта"
  
• Ну и куча времени для красивой визулизации "энтого" шарика, который прямо-таки на глазах испаряется в едкой жидкости :by:
  

аффтар жжет

[Sovetnik]

Прошу Вас уточнить, где эти сведения можно найти?

Для начала нужно погрузиться в тему - почитать что-нибудь о массопереносе, процессах растворения, лимитирующих стадиях и пр. Вот попалось по ззапросу: http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/09_protsessy_i_apparaty_khimicheskikh_tekhnologiy_chast_I/5123

[Кхн]

аффтар жжет

А что он жжёт?

Если всё усложнять, то человек всё равно придёт к более сложным уравнениям массопереноса с Нуссельтами, Рейнольдсами, Прандтлями и т.п. и ему нужны будут всё равно коээфициенты диффузии и молекул серной кислоты и продуктов коррозии в серной кислоте - величины экспериментальные и если их нет в литературе, то придётся самому определять ручками.

[aversun]

Пузырьки сернистого газа будут создавать локальный эр-лифт, который создаст вокруг шарика течение жидкости, и все уравнения диффузии тогда можно засунуть в одно место.