MALT for Windowsは販売終了し、アップグレードしたバージョンを販売開始しました。
MALT for Windows has been discontinued. Upgraded versions are now available.


copyright : MALT Group
Published by Kagaku Gijutsu-Sha

MALT Omega / Basic 熱力学データベース
Thermodynamic database with application software

2003年より販売しておりましたMALTグループ開発によるMALT for Windowsは、さまざまな研究分野、産業分野でご利用いただいてきましたが、
この度大幅なアップグレード版(Omega)と改訂普及版(Basic)の2版をリリースいたしました。
MALT Omegaは従来より収録化合物が飛躍的に増え、さらに水溶液種も含んでいます。--->収録化合物リスト(7890種)
MALT Basicは従来と同じ化合物(上記化合物リストのNewを除く:4930種)ですが、一部データの改訂がなされています。--->更新化合物のリスト
どちらのバージョンもヘルプ(オンラインヘルプとローカルヘルプ)が充実していて、一貫して読むこともオンデマンドで読むことも出来るhtml形式です。
化学ポテンシャル図作成プログラム(CHD)、多元系平衡計算プログラム(gem)はOmegaにもBasicにも共通で含まれており、水溶液にも対応しています。
たとえば、Omega版ではプールべ線図をCHDにより描くことができます。CHDの作図例
また、Omega版ではgemにより気体、水溶液、凝縮相を含む系の平衡計算を行うことが出来ます。gemの計算例

MALT for Windows had been sold to many researchers and engineers in a variety of fields since 2003, now greatly upgraded version (Omega)
and revised consumer version (Basic) have been released.
MALT Omega database has been widely enlarged and aqueous species have been added. --->The list of compounds(7890 species)
MALT Basic database remains with the same compounds as MALT for Windows (excluding New items in above list : 4930 species).
A part of the data are revised. --->List of Updated Compounds in Old MALT Database
Help documents of both versions are fully supplied (on-line/PC local). You can read them as a whole or on-demand articles.
Chemical Potential Diagram (CHD) and Gibbs Energy Minimizer (gem) are in common in Omega and Basic versions.
They have been enhanced to handle the system including aqueous species.
For example, in Omega, CHD can draw Pourbaix Diagram. Example diagrams of CHD
Also in Omega, gem can calculate the equilibrium of the system including gas, condensed, and aqueous phases. An example of gem calculation

Chemical thermodynamic data
Enthalpy change
Gibbs energy change for formation
Entropy at 298.15 K
Heat capacities
Enthalpy change for phase transition

------------------------

化学熱力学データの収録
エンタルピー変化
生成ギブズエネルギー変化
298.15度のエントロピー
比熱
相転移におけるエンタルピー変化

English日本語
MALT Omega HelpMALT Omega ヘルプ
MALT Basic HelpMALT Basic ヘルプ
CHD HelpCHD ヘルプ
gem Helpgem ヘルプ
Requirements使用可能機種
InstallGuideインストールガイド
License Agreementソフトウェア使用契約書
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MALT の目的は

  1. 熱力学解析を必要としている人に高品質の熱力学データを供給すること
  2. 材料科学、新プロセス開発などに関連した研究開発での熱力学の利用を促進することにあります。

この目的を実現するために次のことができます。

  1. 化合物系の熱力学データの準備
  2. 化学反応式に基づいた解析
  3. ギブズエネルギー最小化法による解析
  4. 化学ポテンシャル図構築による解析
  5. MALTダイレクト-ユーザープログラム

(1) 化合物系の熱力学データの準備

MALTデータベースは多くの化合物、化学種のデータを格納しています。それでも、詳細な解析には十分とはいえません。
このため、ユーザーがMALTデータベースに格納されているデータの信頼性、集積度を調べ、他の入手可能なデータと比較し、最後に当該化合物におけるベストな組み合わせを得ることが必要とされます。
この目的には、複数の化合物の熱力学関数の間での整合性を検討する良いツールが必要となります。この意味からしても、当該化合物の関与する平衡を吟味するために、先進的なソフトを利用することが推奨されます。、

(2) 化学反応式に基づいた解析

これは最も基本的な熱力学解析の一つです。非常に単純な操作ですが、材料科学、化学プロセス解析など多くの分野で極めて重要な操作となっています。
化合物の熱力学表は標準的な交換関数(熱容量、エントロピー、相対エンタルピー、ギブズエネルギー関数、生成エンタルピー変化、生成ギブズエネルギー変化を温度毎に表示します。 化学反応に伴う熱力学量変化を同じく温度毎に表示します。

gem あるいは CHD の計算結果を、抽出された化学反応式に対して詳細に再検討することによって、物理化学的観点より更に明瞭となります。
特に、酸化還元反応あるいは酸・塩基関係に関連した特性を化学反応の奥に認めることができます。このことによって、生起した現象あるいは観測された事実と物理化学的特徴との相関を導くこともできます。

(3) ギブズエネルギー最小化法による解析

MALTアプリケーションソフトの一つ、多元系化学平衡計算プログラムgemはギブズエネルギー最小化法に基礎をおいている。

温度、圧力、反応物の初期量を指定する、対応する平衡時の各化学種の量並びに化学ポテンシャル値が与えられる。この手法はとりわけ複数の化学反応が同時進行するような多元系では便利である。 圧力一定下でのギブズエネルギー最小化あるいは体積一定下でのヘルムホルツエネルギー最小化を一連の計算として行うことができる。
特に後者では、一定の化学ポテンシャル値で特徴付けられる条件下での系についての計算を行うことができる。例えば、空気中での平衡は、多くの工業的なプロセスで重要である。 酸素ポテンシャルの関数として与えられる平衡はまた、高温形燃料電池で重要である。

一連の計算では、反応物のモル数を前回の計算結果から決めることもできる。ガス流通下の反応で、ガス中に反応性の高い不純物を含んでいた場合の反応の時間変化なども計算することができる。 長い円筒形の反応器では、円筒内の物質の変化を、ある地点でその点での物質と反応し平衡に達したガスが、次の地点まで輸送されてその点での物質と反応し次の平衡に達するという仮定をおいて評価することができる。

材料科学や化学プロセスの現実的な状況に関する熱力学的解析には強力なツールとなっている。特定した条件下で唯一の回答を与えるので、結果は非常に理解しやすく他の考察に容易に適用できる。 従って、熱力学的考察にはソフトgem を使いこなすことができるのが重要となる。前述したように、このソフトから出力される膨大な結果から重要な化学反応式を抽出することも重要であろう。 該当する材料や化学プロセスで生起している現象を物理化学的に理解するのに役立つであろう。

Omega版における gem での水溶液取扱法の要点は以下の通りです。

  1. 既定の取り扱い
    • 水溶液化学種を含んだ系では、H2O(l)を溶媒とし水溶液化学種を溶質とする理想水溶液混合物モデルで取り扱われる。
  2. 水溶液化学種の活量指定
    • 水溶液化学種の活量を指定するコマンドを用意し、理想気体の各蒸気化学種の分圧を指定する方法と同様に、水溶液化学種の活量を固定するコマンドを用意した。H+イオンの活量固定を用いて、pHの固定ができることになった。
  3. 制限
    • 各化学種の有効温度範囲を超えているかを表示する機能を新たに設けた。特にこの機能は高温熱容量を持たない水溶液化学種に関しては重要である。

なおOmega版、Basic版ともに、初期設定をテキストファイル形式にして、出力もテキストファイル形式とするバッチ処理を可能としました。

(4) 化学ポテンシャル図構築による解析  詳細は「化学ポテンシャル図とは何か?」を参照してください。

化学ポテンシャル図はギブズ相律によって構築される。温度・圧力一定下での3元系では、三相共存状態は自由度はゼロとなるため、すべての元素ポテンシャルが一意的に決まり、その結果すべての化合物の化学ポテンシャルも一意的に決まる。 この状態が化学ポテンシャル図の一点に対応する。この平衡点から3本の2相共存線がでている。このような幾何学的特徴を2座標変数で示される化学ポテンシャル図上にプロットすると化学ポテンシャル図を構成することができる。 通常、これらの座標変数は環境がコントロールする性質(温度、圧力、log p(O2), log p(CO2)など)から選ばれる。ただし、更に一般的な変数を選ぶこともできる。これがいわゆる一般化された化学ポテンシャル図である。

CHDは一般化された化学ポテンシャル図を多角形アルゴリズムを用いて構築する強力なツールです。更に、プロファイル図を構築することもでき、化学ポテンシャルで定められた線上に沿った気相化学種の分圧あるいは水溶液化学種の活量をプロットできます。

プールベ線図は最近のヴァージョンアップ作業と新たに用意されました。プールベ線図を描くためには、いくつかの特別な取り扱いをする必要あるので、CHDでは既定値の設定を広い範囲で行いました。 例えば、水溶液化学種の熱力学データの入手は298.15Kが最も充実しているので、初期温度設定は常に298.15Kとした。H2O(l)の活量は1に固定し、座標の変数は pH と E/V を既定値にした。 O-H-X-M 系のような多元系では、元素Mが元素XよりもNBS順で大きな値であれば、元素Mをターゲット元素として選定している。
<O,H,S,Fe><O,H,P,Fe>系では元素Feがターゲットに選ばれ、<O,H,Fe,Ti><O,H,Fe,Na>系では元素Feはターゲットとして選ばれない。

Omega版CHD での水溶液取扱法の要点は以下の通りです。

  1. プールベ線図に関する既定値設定
    • 水溶液系の化学ポテンシャル図としては、Pourbaix線図がよく知られており、よく利用されていることから、デフォルトの設定としてPourbaix線図を描画することを優先した。このためいくつかのデフォルト値の設定とその変更を図として確認できるように設計されている。
    • ただし、水溶液系ではないと判断されると、通常のCHDの機能が作動するようにしてある。
  2. 典型図、相安定図、プロファイル線図
    • 通常、Pourbaix線図として知られる図にはいくつかの異なる図が用いられている。最も良く利用されるのは、固相などと水溶液化学種との平衡関係をpHと電位(あるいはpHと同等のpE)で構成される座標上にプロットされるものである。考察対象とする元素(酸素、水素以外)がこの座標でどのような安定な化学種として存在するかを示している。
    • 固相など水溶液以外の相を対象外としてどの水溶液化学種が安定になるかを示す図は、Predominance area diagram(相安定図)と呼ばれる。
    • また、複数の化学種から構成される混合物を取り扱うことになるので、横軸に選んだ変数に対してどのように各化学種の濃度あるいは化学ポテンシャルが変化するかを示すプロファイル図も良く使われる。
  3. 多元系プールベ線図
    • 多元系のプールベ線図も構築可能である。一般化学ポテンシャル図の戦略的な手法を採用し、更にFeやS等の二つの元素が対象となる安定線図を描画する時に採用される手法に則っている。通常、鉄を含んだ化合物あるいは化学種の安定域が可視化されます。
    • 一般化された化学ポテンシャル図では、鉄を含まない化合物あるいは化学種を透明化する手段を採用すれば同等のことが実現できます。この透明化/非透明化の操作は、自動的にも、手動で行うこともできます。

(5) MALTダイレクト-ユーザープログラム

MALTでは、ユーザーが独自の課題を解決するために自分自身でプログラムを書くことを推奨しています。このため、Delphiで書かれたいくつかのサンプルプログラムを提供し、MALTが提供している熱力学データを取り扱うための手続きなどを示しています。 MALTのデータをユーザープログラムに転送するために特別な機能”MALTダイレクト”を用意しています。
MALT関連ソフトであるgemCHD でも同じMALT ダイレクト 機能を用いて、必要なデータをMALTシステムから受け取っています。


The major objectives of MALT thermodynamic database are

  1. to provide thermodynamic data with a good quality to those who need to make thermodynamic analyses;
  2. to facilitate the utilization of thermodynamics in the research and development associated with materials science, new process development, etc.

For those purposes, the followings can be made:

  1. Preparation of thermodyanmic data for the compound system
  2. Analysis based on one chemical reaction
  3. Analysis based on the Gibbs energy minimization method
  4. Analysis based on the Chemical potential diagram
  5. MALTDirect-User's Program

(1) Preparation of thermodyanmic data for the compound system

The MALT database contains many compounds or species. Even so, it is not sufficient for the detailed thermodynamic analyses.
This makes it necessary for users to check the validity and coverage of the data stored in the MALT database, to compare with other available data and finally to obtain a best combination of compound data.

For such a purpose, it is also required to have a good facility of checking the consistency among the thermodynamic data of several different compounds.
In view this, it is highly recommended to mae use of advanced software in order to examine the equilibira associated with targeted compounds.

(2) Analysis based on one chemical reaction

This is one of the fundamental thermodynamic analyses. This is quite simple but most important in many fields such as materials science or chemical process analyses. The thermodynamic table provides the normal high temperature properties such as heat capacity, entropy, relative enthalpy, Gibbs energy function, the enthalpy change for formation and the Gibbs energy change for formaion at selected temperatures.

The thermodynamic properties change for chemical reaction can be also tabulated at selected temperatures.

When results of gem or CHD are reconsidered by analyzing in more details on the extracted chemical reaction, it becomes more clear from the physicochemical point of view. In particular, the redox nature or the acid-base relation can be seen behind the chemical reaction, leading to correlation between what happened and are obserbed and what are known from the physicochemical nature.

(3) Analysis based on the Gibbs energy minimization method

    The MALT related software, muti-element chemical equilibrium calculation programgem is based on the Gibbs energy minimization technique.

    When temperature, pressure and the initial amount of chemical reactions are given, the corresponding equilibrium amount and associated chemical potential are given for respective species involved in equilibrium. This is parrticularly convenience for the multicomponent system in which several chemical reactions can proceed simultanesouly.

    The Gibbs energy minimization under the constant pressure or the Helmholtz energy minimization under the fixed volume can be made in a series. The latter makes it possible to make calculations for the system under the selected conditions characterized by the constant chemical potentials. For example, equilibria in air are quite important in many industrial processes. The equilibria as a function of oxygen potential are also important in high temperature fuel cells.

    In a series of calculations, the amounts of reactants can be determined from the reaction products in the previous calculation. This makes it possible to calculation the time dependent change in composition of those materials which are exposed under a flow of gases containing some reactive impurities.
    In a long reaction tube, the changes in substances in the tube can be evaluated by the condition that the gases are in equilibrium with the substance in a point and then equilibriated gases flows to the next point to react with substance at the point.

    This is the strong tool in the themodyanmic analyses for the practical situations of materials science or chemical processes. Since the unique solution can be given for the specified conditions, results are quite understandable and are easily applied for other further considerations. It is therefore crucial to be familiar with handling gem software in the thermodynamic considerations. As described above, it is also essential to extract the most important chemical reaction out of a huge amount of results produced by this software. This makes it useful for users to understand the phenomena occuring on materials or chemical processes from the physicochemical reasons.

    gem in Omega : The main points of treating aqueous species in gem are as follows:

    1. Default setting:
      • Default setting wil be made for treating the aqueous ideal solution which consists of the water solvent and the aqueous solvent species.

    2. Specification of activity:
      • Commands are available to specifiy the (logarithmic) activity of aqueous species in an analogous way to the gaseous species for which the partial pressure can be specified. In additio, pH can be also specified as -log a(H+).

    3. Restriction:
      • A new function is introduced to indicate whether the temperature region of calculation is beyond the valid temperature region of respective species. Particularly, this is important for the aqueous species having no high temperature heat capacity.

    Batch process is now possible by gem (common in both Omega and Basic : See gem batch process).

    (4) Analysis based on the Chemcial potential diagram   See What is Chemical Potential Diagram? for further details.

    The chemical potential diagram is constructed on the basis of the Gibbs phase rule. In the ternary system at fixed temperature and pressure, three phase coexistence gives no freedom so that the chemical potentials of all elements are uniquely fixed and as a result, the chemical potential of other species/compound can be quique determined.
    This state corresponds to the point in the chemical potential space. From this equilibrium point, three lines are extended; those are the two-phase coexistence equilibrium. Those geometric feature can be plotted to construct the chemical potential diagram having two axis values. Usually, those axis values are selected among the environmentally controllable properties such as temperature, log p(O2), log p(CO2) etc. Even so, more general variables can be adopted as the variables. This is so called generalized chemical potential diagram.

    CHD is a strong tool of constructing the generalized chemcial potential diagrams using the powerful polyhedron algorithm.
    This makes it possible to construct the high temperature stability diagrams as well as the Pourbaix diagrams by the same software. In addition, the profile diagram is also constructed to show the variation of the partial pressure of the gaseous species or of the logarithmic activities of the aquoues species along the fixed line in the diagram.

    The Pourbaix diagram is newly prepared in the recent verion up procedure. Since the special treatments are needed to construct the Pourbaix diagram, the default setting are widely adopted when CHD is run for the chemical system which contains aqueous species. For example, tempearrture is fixed at 298.15 K since the availability of aqueous data is best at 298.15 K. The fixation of H2O(l) at activity of unity is adopted together with the adoption of pH and E/V as axes.In the multicomponent O-H-X-M system, the element of M is selected as target element according to the order of NBS table, when the NBS order of M is higher than that of X. In the <O,H,S,Fe> or <O,H,P,Fe> system, the element Fe is selected as target, while in the <O,H,Fe,Ti> or <O,H,Fe,Na> system, the element Fe will not selected as target.



    CHD in Omega : The main feature of treating the aqueous species in CHD are given below.

    1. Default setting for Pourbaix diagram:
      • The chemical potential diagrams for the aqueous systems are well recognized as the Pourbaix diagrams, and have been widely utilized in various fields so that the present setting is adopted so as to provide the Pourbaix diagrams as default setting.
      • Even so, where the aqueous solutions are not identified from the selected species to be used in construction of the diagrams, such default settings will not be adopted and the normal settings will be validated as nor mal functions in CHD.

    2. Normal diagram, Predominance area diagram, Profile diagram:
      • There can be seen several different diagrams for the well known Pourbaix diagrams. Mostpopular diagrams are those given in the pH-pE(or E/V) plot to indicate what kind of the chemical state is stable for the selected element such as Fe or Mn.
      • Those diagram which exludes the solid or other condensed phase and contains only aqueous species is called the Predominance area diagram.
      • Furthermore, this analysis deals with a mixture consisting of many species so that the profile diagram is also widely utilized to show the concentration or activity of such species as a function of selected variable such as pH.

    3. Pourbaix diagram for Multicomponent systems:
      • The Pourbaix diagrams for the multicomponent systems can be also constructed by following the strategy of generalized chemical potential diagrams and well developped way of representating the stability diagram for the systems containing two target elements such as Fe and S.
      • Normally, the stability regions of the Fe containing compound/species are preferentially selected to be visualized. This can be done in the generalized chemical potential diagrams by adopting the method of unvisualizing the polygons for which do not contain the Fe component. This can be manually operated by changing the transparency of polygons for such items to be shown.

    (5) MALT Direct - User's Program

    MALT suggests users to write their own programs and to make their own analyses on their problems. For this purpose, several sample programs written in Delphi are prepared to show how user programs can be written to utilize the MALT supplied procedures for handling thermodynamic data. In order to transfer the thermodynamic data in the MALT to the User's propgrams, the special function of "MALT Direct" is prepared. In the MALT related software, gem and CHD make use of the same MALT Direct function to recieve the data from the MALT Data management System.


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