CC BY
60
АПРИОРНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ПОСТРОЕНИЕ ДРЕВА ФАЗ ЧЕТЫРЕХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ NACL-KCL-KNO3-SR(NO3)2
Расулов А бутдин Исамутдинови ч
доцент, канд. хим. наук, кафедра химии, ДГПУ, г. Махачкала
E-mail: abutdin.rasulov@mail. ru Гасаналиева Патимат Насирдиновна доцент, канд. хим. наук, кафедра химии, ДГПУ, г. Махачкала
Мамедова Аида Кафлановна преподаватель, канд. хим. наук, МБУ СОШ№ 34, г. Махачкала
APRIORISTIC FORECASTING AND CREATION OF THE TREE OF PHASES OF FOUR-COMPONENT SYSTEM NACL-KCL-KNO3-SR(NO3)2
Rasulov Abutdin Isamutdinovich
docent, c.c.n, chair of chemistry, DGPU, Makhachkala city
E-mail: [email protected] Gasanaliyeva Patimat Nasirdinovna docent, c.c.n, chair of chemistry, DGPU, Makhachkala city
Mamedova Aida Kaflanovna The teacher, c.c.n, schools № 34, Makhachkala city
АННОТАЦИЯ
Впервые методом априорного прогноза построены древо фаз и древо кристаллизации, четырёхкомпонентной системы NaCl-KCl-KNOrSr(NO3)2, экспериментальным путем подтверждена перспективность использования данного метода расчета для нахождения координат нонвариантных точек в многокомпонентных системах (МКС).
ABSTRACT
For the first time the method of the aprioristic forecast constructed a tree of phases and a tree of crystallization, four-component NaCl-KCl-KNO3-Sr(NO3)2, system, prospects of use dismissed a method for finding of coordinates of nonvariantny mix in multicomponent systems (MCS) are experimentally confirmed.
Ключевые слова: априорный прогноз, фазовый комплекс.
Keywords: aprioristic forecast, phase complex.
В настоящее время синтез новых соединений, новых фаз с заданными
свойствами невозможен без использования диаграмм состояния систем. Диаграммы состояния в свою очередь являются теоретическим инструментом физико-химического анализа (ФХА), одним из важных направлений которого является развитие существующих и разработка новых фундаментальных методов исследования фазовых диаграмм, позволяющих интенсифицировать сложный многостадийный процесс выявления характера взаимодействия составляющих многокомпонентных систем (МКС).
Для упрощения планирования эксперимента, прогнозирования нонвариантных точек и построения древа фаз системы NaC^KC^KNO3-Sr(NO3)2. нами был применен метод априорного прогноза [1, 2]. Необходимым условием для применения данного метода является изученность двойных и тройных систем, являющихся элементами огранения систем, мерностью выше трех [3].
Обзор и анализ ограняющих элементов исследуемой системы (таб. 1) показывает, что физико-химические взаимодействия и диаграммы состояния данной системы характеризуются наличием эвтектических и перитектических фазовых равновесий, обусловленных образованием инконгруэнтно плавящихся бинарных соединений 3KCl•Sr(NO3)2, 4KCl•Sr(NO3)2, NaCl•2KNO3 и KCl•4KNO3.
Диаграмма составов четырехкомпонентной системы NaCl-KCl-KNO3-Sr(NO3)2 показывает (рис. 1), что ее ликвидус состоит из восьми политермических объемов первичной кристаллизации, из которых четыре принадлежат исходным компонентам: N0 ^ е^штрфР^ KCl ^
minЕ2Р4Р5P2Р2Е2РзPзР7, KNOз ^ е5Е3е2Е2Р3е3Р7, Sr(NOз)2 ^ е4Е2Р4еЛР2Е1е2Е3Р6 и четыре бинарным соединениям 3KCl•Sr(NO3)2 ^ е1Р4Р5р1Р3, 4KCl•Sr(NO3)2 ^ р1Р5р2Р2Р3, №а-2ХШ3 ^ р4Р6Е3е5Р7, е3Р1р3Р7
Физико-химические взаимодействия в данной системе привели к образованию следующих поверхностей совместной кристаллизации двух фаз: е2Е3Е1 (КNOз+Sr(NOз)2), е4Р6Е2 (NaCI+Sr(NOз)2), еаЕ9ЕП (LiNOз+NaNOз), minЕ2P4 (NaCl+KCI), pзPlP7 (т+ Ka•4KNOз), езPlP7 (Ka•4KNOз+KNOз), P4P6 (^а^Шз+^а), е5EзP7 (Naa•2KNOз+KNOз), еlP4Pз (3Ka•Sr(NOз)2+
Sr(NOз)2), р!Р5Рз(3Ка^1(Шз)2+4Ка^1(Шз)2) и Р2Р5Р2 (4Kа•Sr(NOз)2+ КС1).
Поверхности первичной кристаллизации исходных компонентов: N0, КС1, КЫ03, Sr(NO3)2 и бинарных соединений ЗКС1^г^03)2, 4KCl•Sr(NO3)2, №С1-2КЫ03 и KCl•4KNO3 сходятся в точках тройных эвтектических и перитектического равновесий (Е1, Е2, Е3, Р1, Р2, Р3, Р4, Р5, Р6, Р7).
Таблица 1.
Характеристики нонвариантных точек ограняющих элементов четырёхкомпонентной системы NаCl-KCl-KNO3-Sr(NO3)2
№ Система Состав, мол.% Хар-р НВТ t 0С 1пл., С Ссылка
1 2 3
1 КС1-8г(Ш3)2 63 37 — Є1 331 [4]
68,4 31,6 — Р1 360
73 27 — Р2 414
2 КШз-8г(Шз)2 85,6 14,4 — Є2 271,7 [5]
3 КС1-КШз 7,45 92,55 — ез 331,5 [6]
16,5 83,5 — Рз 360
4 Зг(Ш3)2-КаС1 57,1 42,9 — Є4 426 [4]
5 КаС1-КС1 50 50 — шіп 658 [5]
6 №С1-КШз 10,9 89,1 — Є5 310 [6]
36,36 63,64 Р4 400
7 КС1- КШз- Зг(Шз)2 12 63 25 Е1 256 [7]
25,2 77,4 7,5 Р1 294
46,1 23,4 30,2 Р2 313
51,6 19,4 29 Рз 322
8 КаС1-КС1-8г(КОз)2 15,3 51,4 33,3 Е2 270 [8]
7 58 35 Р4 292
7 61 32 Р5 308
9 КаС1-КШз-Зг(Шз)2 18,53 72,14 9,28 Ез 252 [9]
21,3 66,66 12,04 Р6 260
10 КаС1-КС1-КШ3 10,5 1,5 88 Р7 285 [7]
Обозначения: Здесь и далее — е, Е( — эвтектики; р, Р{ — перитектики; 1, 2 и 3 в столбце «состав» компонентов в порядке их записи в системе
Из данного метода вытекает, что моновариантные линии третичной кристаллизации и их объемы должны замыкаться четырьмя четверными нонвариантными точками, одна из которых эвтектического характера плавления.
Таким образом, методом априорного прогноза древа кристаллизации
выявлено, что в четырехкомпонентной системе №С1-КС1-КЫ03^г^03)2. реализуются две четверные нонвариантные точки (Е1, Р1, Р2 и Р3), в которых кристаллизуются следующие фазы (рис.1): Е1 = NaCl+KNO3+Sr(NO3)2+ №С1^2КШз, Р1 = Naa+Sr(NOз)2+Ka+4Ka•Sr(NOз)2, Р2=
Naa+Ka+KNOз+Sr(NOз)2
N80
Рисунок 1. Диаграмма составов четырехкомпонентной системы NaCl-KCl-
ШOГSr(NO3)2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исследование диаграммы плавкости проводили методом дифференциального термического анализа (ДТА) [10] с помощью приемов проективной геометрии [11] и синхронного термического анализатора, модификации STA 409РС.
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 Р^Р^И-термопары, в качестве индифферентного вещества использовали свежепрокаленный оксид алюминия квалификации «ч.д.а». Масса навесок составляла 0,2 г.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для подтверждения априорного прогноза, и построения топологической модели фазовой диаграммы провели термический анализ четырёхкомпонентной системы NaCl-KCl-KNO3-Sr(NO3)2. В соответствии с правилами проекционно -термографического метода (ПТГМ) в тетраэдрической диаграмме (рис. 1), изображающей ее состав, первоначально выбрано двухмерное политермическое сечение АВС, вершинам которого соответствуют составы: А-60 %
Sr(NO3)2+40 % N0, В-60 % Sr(NO3)2+40 % КШ3, С-60 % Sr(NO3)2+40 % КС1 (рис. 1). Из вершины нитрата стронция на стороны АВС нанесены центральные проекции тройных НВТ. Данное сечение рассматривалось, как псевдотрехкомпонентная система и в ней для экспериментального исследования был выбран одномерный политермический разрез MN (М-60% Sr(NOз)2+13 % N01+27 % КШз; N-60 %, Sr(NOз)2+13 % N01+27 % КС1), являющийся рациональным с позиции ПТГМ (рис. 2).
Диаграмма состояния политермического разреза МЫ, построенная по данным ДТА, позволила определить вторичные проекции четырех НВТ:8П_,Р1П_,Р2П_ и Р3П_. Для определения координат точек первичной проекции данных НВТ (е Р1 ,Р2 и Р3 ) были исследованы образцы , составы которых расположены на разрезах В^ еп=^ еп ; В^ Р1п=^ Р1п ; В^ Р2П=^ Р2П (рис. 2).
Координаты четырехкомпонентных НВТ определялись
экспериментальным изучением составов, расположенных на лучевых разрезах $г(К03)2^ еп ^еп; $г(К03)2^- Р1п ^Р1п; $г(К03)2^ Р2П ^Р2П, проведенным
П т~\ П т~\ п
из вершины нитрата стронция через точки е ,Р1 , Р2 до наступления нонвариантного равновесия. Составы и температуры выявленных
нонвариантных точек представлены в таблице 2.
Рисунок 2. Политермическое сечение ABC и расположение в нем политермического разреза MN и лучевых разрезов
Таблица 2.
Характеристики НВТ системы KNO3-Sr(NO3)2-NaCl-KCl
Система Состав, мол. % НВТ t 0С
1 2 3 4
КШз- Зг(Шз)2-КаС1- КС1 8,4 32 10 50,6 Р1 240
57,2 28 5 9,8 Е 239
20,3 34 6 39,7 Р2 290
После качественного определения фазового комплекса, образующие нонвариантные точки, построена схема древо фаз (рис. 3).
(313)/
Рисунок 3. Схема древо кристаллизации четырехкомпонентной системы
NaCl-KCl-KNO3-Sr(NO3)2
Список литературы:
1
Гасаналиев А.М., Кочкаров Ж.А., Мохосоев М.В. Доклад АН СССР. 1989. Т. 308. № 4. С. 889.
2. Васина Н.А. Изучение реакции в многокомпонентных системах на основе матриц взаимных пар солей. Дисс. к.х.н. М.: ВЗПИ, 1973. С. 34.
3. Диаграмма плавкости солевых систем. Двойные системы с общим
анионом. Справочник (под редакцией Посыпайко В.И. и др.). — М.: Металлургия, 1977. ч. 1. — 416 с.
4. Диаграмма плавкости солевых систем. Двойные системы с общим
анионом. Справочник (под редакцией Посыпайко В.И. и др.). — М.: Металлургия, 1977. ч. 2. — 304 с.
5. Диаграмма плавкости солевых систем. Двойные системы с общим
катионом. Справочник (под редакцией Посыпайко В.И. и др.). — М.: Металлургия, 1976. ч. 3. — 204 с.
6. Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей. Системы тройные, тройные взаимные и более сложные, (под редакцией Воскресенской Н.К.).М.Л.: АН СССР, 1961. Т. 2. С. 585.
7. Диаграмма плавкости солевых систем. Тройные системы. Справочник (под редакцией Посыпайко В.И. и др.). М.:1977. — 328 с.
8. Диаграмма плавкости солевых систем. Тройные взаимные системы.
Справочник (под редакцией Посыпайко В.И. и др.). — М.: 1977. — 329 с.
9. Берг Л.Г. Введение в термографию. М.: Наука, 1969. С. 276.
10. Расулов А.И., А.К. Мамедова Априорное прогнозирование и построение древа фаз четырехкомпонентной системы Ь£Ы03-КаК03-КаС1-8г(К03)2. Естественные науки: актуальные вопросы и тенденции развития»: Материалы Международной заочной научно -практической конференции. — Новосибирск: Изд. «Сибирская ассоциация консультантов», 2011. С. 46—50.
11. Уэндланд У. Термические методы анализа / Пер. с англ. под ред. Степанова В.А., Берштейна В.А. М.: Мир, 1978. С. 526.
