АНАЛИЗ ОБРАЗУЮЩИХСЯ ФАЗ И ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДНО-СОЛЕВЫХ БРОНЗ В СИСТЕМЕ RB2MOO4-WO3 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

••• Известия ДГПУ. Т. 13. № 3. 2019

••• DSPU JOURNAL. Vol. 13. No. 3. 2019

Химические науки / Chemical Science Оригинальная статья / Original Article УДК 541.123.3:543.246 DOI: 10.31161/1995-0675-2019-13-3-106-110

Анализ образующихся фаз и получение оксидно-солевых бронз в системе Rb2MoO4-WO3

©2019 Фаталиев М. Б. 1 Гаматаева Б. Ю. 2, Расулов А. И. 2, 3, Гасаналиев А. М. 2

1 Дагестанский государственный университет народного хозяйства

Махачкала, Россия; e-mail: [email protected] 2 Дагестанский государственный педагогический университет Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected] 3 Многопрофильный лицей № 39 им. Б. Астемирова Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]

РЕЗЮМЕ. Цель. Изучить фазовые равновесия в оксидно-солевой системе Rb2MoO4-WO3 комплексом физико-химических методов. Методы. Авторы использовали визуально-политермический (ВПА), дифференциальный термографический (ДТА) и синхронный термический (СТА) методы анализа. Результаты. Определен характер кристаллизации новых образующихся в данной системе фаз, охарактеризованы образующиеся в системе новые фазы S1-5Rb2MoO4^4WO3; S2-Rb2MoO4^WO3; S3-2Rb2MoO4^3WO3. Выявлены характеристики нонвариантных точек (НВТ) и построена ее фазовая диаграмма. Также приведены условия получения из расплавов данной оксидно-солевой системы молибден-вольфрамовых бронз щелочных металлов. Выводы. Выявленные оксидно-солевые композиции обладают достаточно низкими температурами плавления, тем самым привлекают внимание как низкоплавкие электролиты. Комплексом методов физико-химического анализа изучены диаграммы плавкости двухкомпонентной оксидно-солевой системы Rb2MoO4-WO3.

Ключевые слова: фазообразование, расплавы, фазовые диаграммы, нонвариантные точки, эвтектика, оксидно-солевые бронзы.

Формат цитирования: Фаталиев М. Б., Гаматаева Б. Ю., Расулов А. И. Гасаналиев А. М. Анализ образующихся фаз и получение оксидно-солевых бронз в системе Rb2MoO4-WÜ3 // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2019. Т. 13. № 3. С. 106-110. DOI: 10.31161/1995-0675-2019-13-3-106-110_

Analysis of Formed Phases and Production of Oxide-Salt Bronzes in Rb2MoÜ4-WÜ3 System

©2019 Malik B. Fataliev 1 Bariyat Yu. Gamataeva 2, Abutdin I. Rasulov 2 3, Abdulla M. Gasanaliev 2

1 Dagestan State University of National Economy Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected] 2 Dagestan State Pedagogical University Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected] 3 B. Astemirov Multidisciplinary Lyceum No. 39 Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]

Естественные и точные науки •••

Natural and Exact Sciences •••

ABSTRACT. The aim of the paper is to study phase equilibria in Rb2MoO4-WO3 oxide-salt system using a complex of physicochemical methods. Methods. The authors used visual polythermal (VPA), differential thermographic (DTA) and synchronous thermal (STA) methods of analysis. Results. The character of crystallization of new phases formed in this system was determined; the new Si-5Rb2MoO4^4WO3; S2-Rb2MoO4^WO3; S3-2Rb2MoO4^3WO3 phases formed in the system were characterized. The characteristics of nonvariant points (NVP) were revealed and its phase diagram was constructed. The conditions for obtaining molybdenum-tungsten bronzes of alkali metals from the melts of this oxide-salt system were given. Conclusions. The revealed oxide-salt compositions have rather low melting points attracting attention as low-melting electrolytes. The fusion diagrams of the two-component Rb2MoO4-WO3 oxide-salt system were studied using a complex of physicochemical analysis methods.

Keywords: phase formation, melts, phase diagrams, nonvariant points, eutectics, oxide-salt bronzes.

For citation: Fataliev M. B., Gamataeva B. Yu., Rasulov A. I. Gasanaliev A. M. Analysis of Formed Phases and Production of Oxide-Salt Bronzes in Rb2MoO4-WÜ3 System. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2019. Vol. 13. No. 3. Pp. 106-110. DOI: 10.31161/1995-0675-201913-3-106-110 (In Russian)

Введение

Сложнооксидные соединения молибдена и вольфрама составляют основу новых материалов современных отраслей техники и являются удобными объектами для решения задач химии твердого тела. При этом накапливаемый экспериментальный материал, благодаря широким возможностям варьирования качественного и количественного составов, позволяет находить корреляции между строением, свойствами веществ и природой образующих их атомов, ионов и ионных группировок.

Один из возможных путей при разработке новых материалов - создание более сложных по составу соединений и композиций. Композиционные материалы, содержащие соединения переходных металлов, обладают электронной и ионной проводимостью, сегнето- и пьезоэлектрическими свойствами, что позволяет синтезировать на их основе полупроводниковые и оптические материалы, твердые электролиты, катализаторы и другие [4].

Фазовые диаграммы сложных оксидных систем служат теоретической базой синтеза таких материалов, являющиеся носителями информации о фазовых равновесиях и комплексообразовании в них, что позволяет также решать задачи синтеза новых сте-хио- и нестехиометрических соединений с широким набором физико-химических свойств, перспективных для применения в современной технике [1; 2].

Материалы и методы исследования

Исследование диаграммы плавкости проводили визуально-политермическим методом, с применением приемов проективной геометрии и метода дифференциального термического анализа (ДТА) с по-

мощью и синхронного термического анализатора, модификации STA 409PC.

Кривые ДТА записывали на установке, собранной на базе электронного автоматического потенциометра КСП-4 с усилением термо-ЭДС дифференциальной термопары с помощью фотоусилителя Ф-116/1. Образцы помещали в платиновые микротигли емкостью 1 г, измерителем температуры служили Pt-Pt/Rh-термопары, в качестве индифферентного вещества использовали свежепрокаленный оксид алюминия квалификации ч. д. а. Масса навесок составляла 0.2 г.

Результаты и их обсуждение Анализ диаграммы плавкости двухком-понентной системы Rb2MoO4-WO3, изученной нами методами визуально-политермического анализа (ВПА), дифференциального термографического анализа (ДТА) и синхронного термического анализа (STA), показывает, что в системе реализуется эвтектика при 38 % WO3 с температурой плавления 446 °С [5]. Также в системе наблюдается образование трех соединений инконгруэнтного состава Р1 (45 %-WO3, 55 %-Rb2MoO4), Р2 (51 %-WO3, 49 %-Rb2MoO4), Р3 (60 %-WO3, 40 %-Rb2MoO4), что предшествует образованию трех бинарных соединений S1-5Rb2MoO4^4WO3, S2-Rb2MoO4^WO3 и S3-2Rb2MoO4^3WO3 (рис. 1).

Уникальность данной системы заключается в том, что нонвариантная точка эвтектического характера плавления, плавится при температуре 446 °С, что на 1027 °С меньше чем температуры плавления более тугоплавкого компонента WO3 и на 489 °С меньше температуры плавления менее тугоплавкого Rb2MoO4.

••• Известия ДГПУ. Т. 13. № 3. 2019

••• йЭРиЮийЫАи Уо!. 13. N0. 3. 2019

В этом заключается экономический эффект, т. е. на порядок снижается энергетические затраты на плавление выявленной нами эвтектической смеси.

Процессы фазообразования в этой системе носят как перитектический, так и эвтектический характер. В системе реализуется эвтектика с температурой плавления 446 °С, содержащая 38 мол. % ШОз. Также наблюдается образование трех соединений инконгруэнтного характера плавления (8ь 82, 8з) (рис. 1), поверхности, кристаллиза-

ции которых замыкаются перитектически-ми точками 45(Р1), 51(Р2) и 60(Рз) мол. % ШО3 (табл. 1). Следовательно, ликвидус системы представлен 5 полями кристаллизации, принадлежащие исходным компонентам и инконгруэнтно-плавящимся соединениям. Состав эвтектики подтвержден СТА (рис. 2) [3].

На основе данных визуально-политермического анализа определены характеристики новых фаз кристаллизующиеся в системе (табл. 2.)

Рис. 1. Диаграмма плавкости системы КЪ2Мо04-МОз: Sl-5Rb2MoO4•4WOз; 52-КЪ2Мо04^0з; Sз-2Rb2MoO4•3WOз

Характеристики нонвариантных точек системы RЪ2Mo04-W0з

Таблица 1

НВТ уе Состав в мол.% Кристаллизирующиеся фазы

ЗД2М004 W0з

Е 446 62 38 гаЭ2Мо04+6ИЭ2Мо04^0з

Р1 (Б1) 486 55 45 6Rb2Mo04•5W0з+Rb2Mo04•WOз

Р2 (Б2) 620 49 51 №2Мо04^0з+2№2Мо04^0з

Рз(Эз) 713 40 60 2Rb2M004•3W0з+W0з

Естественные и точные науки •••

Natural and Exact Sciences •••

ТГ/мг

1.5

1.0 0.5

0,0

I 1 :М"Н"НИ" M.I' Ы ......Ml

ДСК/(мВт/мг) Тэкзс

0.10

0.06

0.04

0.02

0.00

■0.02

300 350 400 450

Температура ГС

Рис. 2. Дериватограмма эвтектического состава системы Rb2MoO4-WO3

Характеристики новых фаз, полученных в системах Rb2MoO4-WO3

Таблица 2

Новая фаза Характер Характер Цвет t,0C

плавления кристаллизации расплава

6Rb2MoO^5WO3 инконгр. внутренние мутный 486

Rb2MoO4^WO3 инконгр. донные мутный 620

2Rb2MoO^3WO3 инконгр. поверх.плен. прозрачный 713

Для синтеза бронз нами выбрана область соединения Р2 ^2) в которой кристаллизуются следующие фазы: Rb2MoO4•WOз+2Rb2MoO4•3WOз

Температурный интервал электролиза 620-650 оС. Катод 1,4*1,8 = 2,52(см2) -никелевый. Анод 1,8*3,0 = 5,4(см2) -платиновый. Межэлектродное расстояние 3,0 см. Сила тока (катодная) ь = 7080 мА. Продолжительность электролиза 1,5 часа. При данных условиях проведения электролиза, нами из 15 г оксидно-солевой смеси получено 0,5 г бронзы, т. е. выход составляет 3,33 %. Ведется работа по подбору наиболее оптимальных условия электролиза для увеличения выхода бронзы.

Заключение

Полученный фактический материал по диаграммам состояния может быть использован:

- для создания средне и высокотемпературных теплоаккумулирующих фазопе-реходных материалов (440-720 оС);

- для электрохимического синтеза смешанных молибден-вольфрамовых бронз рубидия;

- выявленные нами соединения могут быть использованы в качестве ионных расплавов для электровыделения металлов

Mo);

- для получения нанокристаллических покрытий оксидных вольфрамовых бронз в виде пленок

Литература

1. Гаматаева Б. Ю., Гасаналиев А. М., Фата-лиев М. Б. Фазообразование в системе Св2МсЮ4^0з // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2009. Т. 52. № 4. С. 111-113.

2. Гасаналиев А. М., Гаматаева Б. Ю., Гама-таев Т. Ш., Хаджимурадова Х. Н., Фаталиев М. Б.

Фазовые равновесия в системе Cs2Cr04-Cs20-Св2Мс04. Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2012. № 2 (19). С. 13-16.

3. Гиллер Р. А. Таблицы межплоскостных расстояний: в 2 т. Т. 1. М.: Недра, 1966. 362 с.

••• Известия ДГПУ. Т. 13. № 3. 2019

••• DSPU JOURNAL. Vol. 13. No. 3. 2019

4. Мохосоев М. В., Базарова Ж. Г. Сложные оксиды молибдена и вольфрама с элементами I-IV групп. М.: Наука, 1990. 255 с.

1. Gamataeva B. Yu., Gasanaliev A. M., Fa-taliev M. B. Phase formation in Cs2MoO4-WO3 system. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Ser-iya: Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya [Proceedings of Higher Educational Institutions. Chemistry and Chemical Technology]. 2009. Vol. 52. No. 4. Pp. 111-113. (In Russian)

2. Gasanaliev A. M., Gamataeva B. Yu., Gama-taev T. Sh., Khadzhimuradova Kh. N., Fataliev M. B. Phase equilibria in Cs2CrO4-Cs2O-Cs2MoO4 system Dagestanskogo gosudarstvennogo peda-gogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki [Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences]. 2012. No. 2 (19). Pp. 13-16. (In Russian)

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Фаталиев Малик Бедалович, кандидат химических наук, доцент кафедры естественно-научных дисциплин, Дагестанский государственный университет народного хозяйства, Махачкала, Россия; email: [email protected]

Гаматаева Барият Юнусовна, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химии, факультет биологии, географии, химии, Дагестанский государственный педагогический университет (ДГПУ), Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]

Расулов Абутдин Исамутдинович, кандидат химических наук, доцент кафедры химии, факультет биологии, географии, химии, ДГПУ; учитель, Многопрофильный лицей № 39 им. Б. Астемирова, Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]

Гасаналиев Абдулла Магомедович, доктор химических наук, профессор кафедры химии, ДГПУ, Махачкала, Россия; email: [email protected]

5. Фаталиев М. Б. Фазовые равновесия и синтез бронз в системах МС1-М2Мо04^0з (М-1\1а, К, Rb, Cs): дис. ... канд. хим. наук. Махачкала, 2011. 125 с.

3. Giller R. A. Tablitsy mezhploskostnykh ras-stoyaniy: v 2 t. T. 1 [Tables of Interplanar Distances: in 2 vols. Vol. 1]. Moscow, Nedra Publ., 1966. 362 p. (In Russian)

4. Mokhosoev M. V., Bazarova Zh. G. Slozhnye oksidy molibdena i vol'frama s elementami I-IV grupp [Complex Oxides of Molybdenum and Tungsten with Elements of Groups 1-4]. Moscow, Nau-ka Publ., 1990. 255 p. (In Russian)

5. Fataliev M. B. Fazovye ravnovesiya i sintez bronz v sistemakh MCl-M2MoO4-WO3 (M-Na, K, Rb, Cs): dis. ... kand. khim. nauk [Phase Equilibria and Synthesis of Bronzes in MCl-M2MoO4-WO3 (M-Na, K, Rb, Cs) systems: Ph.D. thesis (Chemistry)]. Makhachkala, 2011. 125 p. (In Russian)

THE AUTHORS INFORMATION Affiliations

Мalik B. Fataliev, Ph.D. (Chemistry), Associate Professor, Department of Natural Sciences, Dagestan State University of National Economy, Makhachkala, Russia; email: [email protected]

Bariyat Yu. Gamataeva, Doctor of Chemistry, Professor, Head of the Department of Chemistry, Faculty of Biology, Geography and Chemistry, Dagestan State Pedagogical University (DSPU), Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]

Abutdin I. Rasulov, Ph.D. (Chemistry), Associate Professor, Department of Chemistry, Faculty of Biology, Geography and Chemistry, DSPU; teacher, B. Astemirov Multidisci-plinary Lyceum No. 39, Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]

Abdulla M. Gasanaliev, Doctor of Chemistry, Professor, Department of Chemistry, DSPU, Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]

References

Принята в печать 23.09.2019 г.

Received 23.09.2019.