В температурном интервале от 1680 до 2670 °С теплота растворения составляет 32,8 кДж/(моль-К) [6].

В соответствии с предложенной В.К. Григоровичем оценкой растворимости элементов в железе [91 по диаграмме металлический диаметр (dwt)—потенциал ионизации последнего валентного электрона (/v) водород в твердом железе образует раствор внедрения благодаря двум факторам: энергетическому — ионизации атома водорода решеткой растворителя и размерному — малому размеру протона.

В настояшее время еще не установлена экспериментально однозначно форма нахождения водорода в растворе железа: атомная или протонная [1, 2, 10].

Оценка взаимодействия водорода с железом и металлами 1 и 11 групп элементов, приведенная Н.А. Галактионовой [3], показывает, что Li, Na, К, Rb, Cs образуют химические соединения с водородом с преобладающей ионной связью и решеткой типа NaCl. Элементы Be, Mg, Са, Sr, Ва также образуют гидриды. Химическое взаимодействие водорода с элементами VIII группы Fe, Со, Ni точно не установлено.

Равновесная концентрация водорода в железе, которое контактирует с молекулярным водородом, пропорциональна корню квадратному из его парциального давления (закон Сивертса):

IH] = Kh/íh7.(1-3)

Константа равновесия Кн зависит от температуры и состава металла. При условии выражения концентрации водорода в массовых долях (%) значения Кц, определенные разными исследователями, несколько различаются.

По М.М. Карнаухову и А.Н. Морозову [11];

lgATH =--^-1,72.(1.4)

По И.А. Дьяконову и A.M. Самарину [12]:

1е*н = "^-1.71.(1.5)

По X. Нозаки, Ш. Баня, Т. Фува и др. [13]:

lg*h = -^F -1,577.(1.6)

700 900 1100 1300 1500 7", °С

Рис /.!. Диаграмма растворимости водорода в железе

Рассчитанная по этим [НЬсм^/ЮОг уравнениям растворимость водорода в железе при 1810 К составляет соответственно 23,1; 28,8; 26,3 см'/ЮО г, в твердом железе при температуре плавления — 13,5. 14,5 см3/100 г [3].

Для увеличения относительной точности измерений В.И. Шаповалов и В.В. Трофименко [14[ выполняли насыщение проб чистого железа при давлении Р= 100 атм. Полученные данные Для Рн2 - * атм представлены в виде уравнения

Т(1-7)

Диаграмма растворимости водорода в железе приведена на рис. 1.1.

По расчетам И.И. Фрумина, максимальная растворимость водорода в железе (42,5 см3/100 г) наблюдается при 2670.2770 К; дальнейшее повышение температуры приводит к интенсивному испарению железа и снижению растворимости водорода в нем вплоть до кипения [15]. По экспериментальным данным В.И. Ла-комского [16], максимальная растворимость водорода в железе соответствует 2720.2770 К. Характер зависимости описывается уравнением

Ig^h =-y + fi + 0,51g

(1.8)

где Л'н — растворимость, см3/100 г; Г — температура в К; {? — теплота испарения железа, кал/моль; Я — газовая постоянная, кал/(моль °С); А, В, К — постоянные величины.

В общей форме термодинамическое равновесие двухатомного газа и растворенного в металле газа можно выразить с помощью химических потенциалов газа в газовой фазе и в металле цг с учетом диссоциации газа [17];

1/2^=^.(1.9)