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The diffusivity of hydrogen in nickel

1955; University of Toronto Press; Volume: 3; Issue: 6 Linguagem: Inglês

10.1016/0001-6160(55)90116-4

1878-0768

Marissa Hill, E. W. Johnson,

Advanced Chemical Physics Studies

The diffusivity of hydrogen in nickel was determined at 380°C to 1000°C from nonsteady rates of hydrogen evolution from 0.3 to 0.5 in. dia. cylinders. The specimens were prepared by heating in H2 at various temperatures above 600°C and pressures above 1 atm. Evolution rates into a vacuum were determined from (1) the rate of pressure increase in a known collecting volume, and (2) the pressure drop across a constriction in the gas transfer line. (1) that the evolution rate is diffusion-controlled, and (2) that the diffusivity is independent of both solute concentration and method of specimen preparation. A combination of the present D0 value with the theoretical expression of Wert and Zener for lattice diffusion yields a negative entropy of activation ΔS. This is explained by the hypothesis that the diffusing hydrogen particles do not perceptibly distort the metal lattice, and that ΔS is determined mainly by the change of vibrational frequency of the diffusing particles as they jump between adjacent sites. The value of ΔS calculated from available charge density data is negative and agrees sufficiently well with the experimental ΔS value to confirm strongly the hypothesis of interstitial lattice diffusion. La diffusibilité de l'hydrogène dans le nickel est déterminée entre 380 et 1000°C, à l'aide des vitesses de dégagement de l'hydrogène à partir de cylindres de 0, 3 à 0,5 in. ø. Les éprouvettes ont été préparées par chauffage dans l'hydrogène, à diverses températures supérieures à 600° et sous des pressions supérieures à une atm. Les vitesses de dégagement dans le vide ont été déterminées 1° à partir des vitesses d'augmentation de pression dans un volume collecteur connu et 2° par la chute de pression à travers un diaphragme dans la conduite de gaz. La diffusibilité mesurée D varie suelement avec la température, ce qui montre que 1° la vitesse de dégagement est régie par la diffusion et que 2° la diffusibilité est indépendante de la concentration et de la méthode de préparation des éprouvettes. Les résultats sont bien représentés par D = 0.00447 cm2sec−1exp (8600 cal/RT) Une comparaison de cette valeur D0 avec l'expression théorique de Wert et Zener de la diffusion réticulaire conduit à une entropie d'activation ΔS négative. Ceci s'explique en admettant que les particules d'hydrogène diffusantes ne perturbent pas sensiblement le réseau et que ΔS est déterminé surtout par le changement de la fréquence des vibrations des particules diffusantes lors des sauts. La valeur de ΔS calculée à partir des densités de charge connues est négative et s'accorde suffisamment bien avec la valeur expérimentale pour confirmer l'hypothèse de la diffusion en insertion. Die Diffusionsfähigkeit von Wasserstoff in Nickel wurde für einen Temperaturbereich von 380 bis 1000°C aufgrund der wechselnden Beträge von Wasserstoff, der aus Zylindern von 0.3 bis 0.5 in. Durchmesser entwickelt wurde, bestimmt. Die Proben wurden durch eine Erhitzung in Wasserstoff bei verschiedenen Temperaturen über 600°C und Drücken über l atm vorbereitet. Das Mass der Gasentwicklung im Vakuum wurde aus folgenden Daten bestimmt: (l) aus dem Mass der Druckzunahme in einem bekannten Sammelvolumen und (2) aus dem Druckabfall in einer Verengung der Gasleitung. Die gemessene Diffusionsfähigkeit D verändert sich nur in Abhängigkeit von der Temperatur und zeigt somit (l) dass das Mass der Gasentwicklung durch die Diffusion kontrolliert wird und (2) dass die Diffusionsfähigkeit sowohl von der Lösungskonzentration als auch von der Methode der Probenherstellung unabhängig ist. Die Ergebnisse werden durch die Beziehung D = 0.00447 cm2sec−1exp(−8600 cal/RT) gut dargestellt. Eine Kombination des vorleigenden D0 Wertes mit den theoretischen Ausdrücken von Wert und Zener für die Gitterdiffusion ergibt eine negative Aktivierungsentropie. Dies wird dadurch erklart, dass die diffundierenden Wasserstoffteilchen das Metallgitter nicht merklich verzerren und dass ΔS in der Hauptsache dcurh den Wechsel der Vibrationsfrequenz der diffundierenden Teilchen, der durch das Hin- und Herspringen der Teilchen zwischen benachbarten Gitterplätzen hervorgerufen wird, bestimmt wird. Der Wert von ΔS, der aus Werten der Ladungsdichten berechnet wurde, ist negativ und stimmt recht gut mit dem experimentellen Wert von ΔS überein. Damit ist auch eine starke Unterstützung für die Hypothese der Diffusion auf Zwischengitterplätzen gegeben.