CC BY
42
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _______________________________________2011, том 54, №3___________________________________
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.123.6
Л.Солиев, М.Усмонов
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ Na, Ca //CO3, F- H2O ПРИ 25°С
Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 15.11.2010)
Методом трансляции исследованы фазовые равновесия системы Na, Ca //CO3, F- H2O при 25°С. Установлено, что для неё характерно наличие трех нонвариантных точек, семи моновари-антных кривых и пяти дивариантных полей. Построена замкнутая фазовая диаграмма исследованной системы.
Ключевые слова: метод трансляции - фазовые равновесия -компоненты - диаграмма - геометрические образы - нонвариантные точки - моновариантные кривые - дивариантные поля.1
Знание состояния фазовых равновесий в приведенной системе необходимо не только для установления закономерностей, регулирующих фазовые равновесия в ней, но и для разработки оптимальных условий галургической переработки минерального сырья и отходов химической промышленности, содержащих карбонаты и фториды натрия и кальция.
Как показывает анализ литературы [1], данная система не исследована. Нами она изучалась методом трансляции, который вытекает из принципа совместимости элементов строения частных составляющих и общей системы в одной диаграмме [2]. Метод трансляции предусматривает, что с увеличением компонентности системы с n до n+1 элементы строения n - компонентных систем увеличивают свою размерность, трансформируются и переносятся (транслируются) на уровень n+1 компонентного состава. На уровне n+1 компонентного состава транслированные элементы n-компонентных систем, в соответствии со своими топологическими свойствами и правилом фаз Гиббса, взаимно пересекаясь, образуют элементы строения n+1 компонентного уровня системы.
Применение метода трансляции для прогнозирования фазовых равновесий в многокомпонентных системах и построения их фазовых диаграмм более подробно рассмотрено в работах [3,4].
Четырёхкомпонентная взаимная система Na,Ca//CO3, F - H2O включает следующие трёхкомпонентные системы: Na2CO3 - CaCO3 - H2O; NaF - CaF2 - H2O; Na2CO3 - NaF - H2O и CaCO3 - CaF2 -H2O.
Согласно [5], трёхкомпонентные системы Na2CO3 - CaCO3 - H2O и Na2CO3 - NaF - H2O исследованы методом растворимости и для них, соответственно, установлены две и одна нонвариантная точки. Относительно изученности трёхкомпонентных систем NaF - CaF2 - H2O и CaCO3 - CaF2 - H2O в литературе информации нет. Если принять, что они являются простыми эвтоническими, то для исследуемой четырехкомпонентной системы на уровне трёхкомпонентного состава характерно следующее количество нонвариантных точек (табл.1).
Адрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр. Рудаки, 121, Таджикский государственный педагогический университет. E-mail: lsolievl941@mail.ru
Таблица l
Фазовый состав нонвариантных точек системы Na,Ca//CO3, F - H2O при 25оС на уровне трëхкомпо-
нентного состава
Нонвариантная точка Равновесные твёрдые фазы Нонвариантная точка Равновесные твёрдые фазы
Система Na2 СО3 - СаС03 - Н2 О Система Na2C03 -NaF -Н20
щ. C-10+Na ■ Са - 5 Е1 С-10 +Во
А Сц + Na- Са-5 Система СаСОз - CaF2 + Н20
Система NaF - CaF2 - Н20 £ Сц + <1)о
А Во + Фо
Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na,Ca//CO3, F - H2O на уровне трёхкомпонентного состава, в виде «развёртки» трехгранной призмы, представлена на рис. 1.
Н20
Na2C03 / /________\ \ СаС03
Н20
Рис. 1. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na, Ca// С03, F - Н20 при 25°С на уровне трёхкомпонентного состава в виде «развëртки» четырехгранной призмы
Математически трансляция нонвариантных точек уровня трëхкомпонентного состава на уровень четырëхкомпонентного состава приводит к образованно следующих четверных нонвариантных точек:
Еі+Е*---------+Е\ = С • 10 + Ш • Са • 5 + Во;
Е23 + Е*------=N8* Са• 5+Сц + Фо;
Ез + >1а’Са-5---------* Е* =Во + Фо + Ыа' Са • 5
Здесь и далее Е - нонвариантная точка с верхним индексом, указывающим на её кратность, и нижним индексом, указывающим на её порядковый номер. Приняты следующие сокращение равновесных твердых фаз: С • 10 - №2ТО3 • 10H2O; № • Ca • 5 - Na2CO3 • CaCO3 • 5H2O; Во - вильомит; Сц
- кальцит СаСО3; Фо - флюорит СаГ2.
Солевая часть схематической диаграммы [6] фазовых равновесий системы Na,Ca//CO3, F -H2O при 25°С на уровне четырехкомпонентного состава, построенная методом трансляции, представлена на рис. 2. Из рис. 2. видно, что из трёх четверных нонвариантных точек две ( Е14 и Е24) образованы по типу «сквозной», а одна точка (Е34) по типу «односторонней» трансляции. Из диаграммы видно, что поле кристаллизации двойной соли № • Ca • 5 граничит с полями кристаллизации четырёх остальных равновесных твёрдых фаз. Это свидетельствует о том, что поле кристаллизации данного соединения в приведенных условиях занимает значительную часть исследуемой системы.
Рис. 2. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы №, Ca// СО3, F - H2O при 25°С на уровне четырёхкомпонентного состава, построенная методом трансляции.
Другой вариант взаимного расположения полей кристаллизации соответствующих равновесных твёрдых фаз нереален из-за наличия следующих реакций взаимного обмена (конверсии) в системе:
Как видно из рис. 2, исследуемой системе при 25°С, кроме пяти дивариантных полей однона-сыщения (равновесные твёрдые фазы приведены на рис.) и трёх нонвариантных точек тринасыщения (фазовый состав осадков приведен выше), характерно также наличие семи моновариантных кривых двунасыщения. Из семи моновариантных кривых пять образованы в результате трансляции тройных нонвариантных точек на уровень четырехкомпонентного состава, и их фазовый состав осадков идентичен фазовому составу соответствующих тройных точек. Они отмечены пунктирными линиями со стрелкой, указывающей направление трансляции. Две моновариантные кривые проходят между нон-вариантными точками уровня четырёхкомпонентного состава (они отмечены толстыми «сплошными линиями») и имеют следующий фазовый состав осадков:
Перечень равновесных твердых фаз дивариантных полей и их контуры приведены в табл.2.
Таблица 2
Равновесные твёрдые фазы и контуры дивариантных полей системы Ка,Са//С03, Б - Н20 при 25°С
Равновесные твёрдые фазы полей Контуры полей на диаграмме (рис. 2) Равновесные твёрдые фазы полей Контуры полей на диаграмме (рис. 2)
С - 10 №і2СОз £? 1 1 1 ^ —-* к Во Е]--- + Е\ Е* + і і 1 № Е?
№і ■ Са■ 5 ЕІ ЕІ ! і і + + К — 4 —■К Фо Е34 Е1 + — Е] 4 2* СаЪ
Сц $ СаСО; 1 і 1 Е\* %
Таким образом, для системы Ка,Са//С03, Б - Н20 при 25°С характерно наличие следующего количества геометрических образов на уровне четырёхкомпонентного состава: нонвариантные точки
- 3; моновариантные кривые - 7; дивариантные поля - 5.
Поступило 22.11.2010 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем, т. II, кн. 1 -2. - СПб.: Химиздат,2004, 1247 с.
2. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев: Наукова думка, 1982, 264 с.
3. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водносолевых систем методом трансляции. - М., 1987, 28 с. Деп. в ВИНИТИ 20.12.87 г, № 8990-В87.
4. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции (кН. 1). - Душанбе: ТГПУ, 2000, 247 с.
5. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем, т. 1, кн. 1-2. - СПб.: Химиздат, 2003, 1151с.
6. Солиев Л. - Журнал неорганической химии, 1988, т. 33, № 5, с.1305-1310.
Л.Солиев, М.Усмонов
МУВОЗИНАТ^ОИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ Na,Ca//CO3, F - H2O ДАР ХДРОРАТИ 25°С
Донишго^и давлатии омузгории Тоцикистон ба номи С. Айни
Бо ёрии усули транслятсия мувозинатх,ои фазагии системаи Na,Ca//CO3, F - H2O дар хдрорати 25°С омухта шудааст. Мукаррар карда шудааст, ки барои он 5 майдони дивариантй, 7 хати моновариантй ва 3 нуктаи нонвариантй хос мебошад. Маротибаи аввал диаграммаи сар-бастаи мувозинатх,ои фазагии он сохта шудааст.
Калима^ои калиди: усули транслятсия - мувозинатуои фазагй - компонентно - диаграмма - система - нуцта^ои нонвариантй - хатуои моновариантй - майдощои дивариантй.
L.Soliev, M.Usmonov PHASE BALANCES OF Na,Ca//CO3, F - H2O SUSTEM IN 25°С
S.Ainy Tajik State Pedagogical University
Phase balances Na,Ca//CO3, F - H2O are studied using the broadcasting method under 25°С. It is established that 5 squires of divariants, 7 lines of monovariants and 3 points on nonvariants are typical for phase balances. It is the first time that its tied of phase balances are built.
Key words: translation method - phase balances - system — connected diagram - component's - nonvariats points - lines of monovariants - squaires of divariants .
