Статья опубликована в рамках: VII Международной научно-практической конференции «Естественные и математические науки в современном мире» (Россия, г. Новосибирск, 24 июня 2013 г.)

Наука: Химия

Секция: Неорганическая химия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Гасаналиева П.Н., Мамедова А.К. АПРИОРНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ПОСТРОЕНИЕ ДРЕВА ФАЗ ЧЕТЫРЕХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ NACL-KCL-KNO3-SR(NO3)2 // Естественные и математические науки в современном мире: сб. ст. по матер. VII междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2013.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов
Статья опубликована в рамках:
 
Выходные данные сборника:

 

АПРИОРНОЕ  ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  И  ПОСТРОЕНИЕ  ДРЕВА  ФАЗ  ЧЕТЫРЕХКОМПОНЕНТНОЙ  СИСТЕМЫ  NACL-KCL-KNO3-SR(NO3)2

Расулов  Абутдин  Исамутдинович

доцент,  канд.  хим.  наук,  кафедра  химии,  ДГПУ,  г.  Махачкала

E-mail: 

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: 

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-KNO3-Sr(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  NaCl-KCl-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:  NaCl  →  е4Е2minр4Р6,  KCl  →  minЕ2Р4Р5р2Р2Е2Р3р3Р7,  KNO3  →  е5Е3е2Е2Р3е3Р7,  Sr(NO3)2  →  е4Е2Р4е1Р3Р2Е1е2Е3Р6  и  четыре  бинарным  соединениям  3KCl∙Sr(NO3)2  →  е1Р4Р5р1Р3,  4KCl∙Sr(NO3)2  →  р1Р5р2Р2Р3,  NaCl∙2KNO3  →  р4Р6Е3е5Р7,  KCl∙4KNO3→  е3Р1р3Р7

Физико-химические  взаимодействия  в  данной  системе  привели  к  образованию  следующих  поверхностей  совместной  кристаллизации  двух  фаз:  е2Е3Е1  (КNO3+Sr(NO3)2),  е4Р6Е2  (NaCI+Sr(NO3)2),  е8Е9Е11  (LiNO3+NaNO3),  minЕ2p4  (NaCl+KCI),  p3P1P7  (KCl+  KCl∙4KNO3),  е3P1P7  (KCl∙4KNO3+KNO3),  p4P(NaCl∙2KNO3+NaCI),  е5E3P7  (NaCl∙2KNO3+KNO3),  е1P4P3  (3KCl∙Sr(NO3)2+  Sr(NO3)2),  p1P5P3(3KCl∙Sr(NO3)2+4KCl∙Sr(NO3)2)  и  p2P5P2  (4KCl∙Sr(NO3)2+  KCI).

Поверхности  первичной  кристаллизации  исходных  компонентов:  NaCl,  KCl,  KNO3,  Sr(NO3)2  и  бинарных  соединений  3KCl∙Sr(NO3)2,  4KCl∙Sr(NO3)2,  NaCl∙2KNO3  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  NaCl-KCl-KNO3-Sr(NO3)2

Система

Состав,  мол.%

Хар-р  НВТ

tпл.,0C

Ссылка

 

1

2

3

1

KCl-Sr(NO3)2

63

37

е1

331

[4]

68,4

31,6

р1

360

73

27

р2

414

2

KNO3-Sr(NO3)2

85,6

14,4

е2

271,7

[5]

3

KCl-KNO3

7,45

92,55

е3

331,5

[6]

16,5

83,5

р3

360

4

Sr(NO3)2-NaCl

57,1

42,9

е4

426

[4]

5

NaCl-KCl

50

50

min

658

[5]

6

NaCl-KNO3

10,9

89,1

е5

310

[6]

36,36

63,64

 

р4

400

7

KCl-  KNO3-  Sr(NO3)2

12

63

25

E1

256

[7]

25,2

77,4

7,5

Р1

294

46,1

23,4

30,2

P2

313

51,6

19,4

29

P3

322

8

NaCl-KCl-Sr(NO3)2

15,3

51,4

33,3

E2

270

[8]

7

58

35

P4

292

7

61

32

P5

308

9

NaCl-KNO3-Sr(NO3)2

18,53

72,14

9,28

E3

252

[9]

21,3

66,66

12,04

P6

260

10

NaCl-KCl-KNO3

10,5

1,5

88

P7

285

[7]

Обозначения:  Здесь  и  далее  —  еi,  Еi  —  эвтектики;  рi,  Рi  —  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  NaCl-KCl-KNO3-Sr(NO3)2.  реализуются  две  четверные  нонвариантные  точки  (Е1,  Р1,  Р2  и  Р3,),  в  которых  кристаллизуются  следующие  фазы  (рис.1):  Е1  =  NaCl+KNO3+Sr(NO3)2+  NaCl∙2KNO3,  Р1  =  NaCl+Sr(NO3)2+KCl+4KCl∙Sr(NO3)2,  Р2=  NaCl+KCl+KNO3+Sr(NO3)2

 

Рисунок  1.  Диаграмма  составов  четырехкомпонентной  системы  NaCl-KCl-KNO3-Sr(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  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

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  %  NaCl,  B-60  %  Sr(NO3)2+40  %  KNO3,  C-60  %  Sr(NO3)2+40  %  KCl  (рис.1).  Из  вершины  нитрата  стронция  на  стороны  ABC  нанесены  центральные  проекции  тройных  НВТ.  Данное  сечение  рассматривалось,  как  псевдотрехкомпонентная  система  и  в  ней  для  экспериментального  исследования  был  выбран  одномерный  политермический  разрез  MN  (M-60%  Sr(NO3)2+13  %  NaCl+27  %  KNO3;  N-60  %,  Sr(NO3)2+13  %  NaCl+27  %  KCl),  являющийся  рациональным  с  позиции  ПТГМ  (рис.  2).

Диаграмма  состояния  политермического  разреза  MN,  построенная  по  данным  ДТА,  позволила  определить  вторичные  проекции  четырех  НВТ:ε═1═2═  и  Р3═.  Для  определения  координат  точек  первичной  проекции  данных  НВТ  (εР12  и  Р3)  были  исследованы  образцы  ,  составы  которых  расположены  на  разрезах  В→  ε═→  ε‾‾;  В→  Р1═→  Р1‾‾;  В→  Р2═→  Р2‾‾(рис.  2).

Координаты  четырехкомпонентных  НВТ  определялись  экспериментальным  изучением  составов,  расположенных  на  лучевых  разрезах  Sr(NO3)2→  ε‾‾→ε;  Sr(NO3)2→  Р1‾‾→Р1;  Sr(NO3)2→  Р2‾‾→Р2,  проведенным  из  вершины  нитрата  стронция  через  точки  ε‾‾1‾‾,  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

tпл.,0C

1

2

3

4

KNO3-  Sr(NO3)2–NaCl-  KCl

8,4

32

10

50,6

Р1

240

57,2

28

5

9,8

Е

239

20,3

34

6

39,7

P2

290

 

После  качественного  определения  фазового  комплекса,  образующие  нонвариантные  точки,  построена  схема  древо  фаз  (рис.  3).

 

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  LiNO3-NaNO3-NaCl-Sr(NO3)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.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий