CC BY
57
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2013, том 56, №12_
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.123.7
Л.Солиев
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O ПРИ 50°С В ОБЛАСТИ КРИСТАЛИЗАЦИИ КАИНИТА (KClMgSO43H2O)
Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 26.09.2013 г.)
Методом трансляции исследованы фазовые равновесия системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации каинита (KClMgSO43H2O). Установлено, что каинит как равновесная фаза исследованной системы при 50°С участвует в формировании 19 нонвариантных точек, 38 моновариантных кривых и 22 дивариантных полей. На основании полученных данных впервые построен фрагмент диаграммы фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации каинита.
Ключевые слова: равновесие - система - каинит - фаза - нонвариантные точки - моновариантные кривые - дивариантные поля - диаграмма - компонент.
Каинит является равновесной фазой шестикомпонентной «морской» системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С, и его участие в формировании её геометрических образов представляет определённый научный и практический интерес.
Из 14 четырёхкомпонентных и 6 пятикомпонентных систем, составляющих исследуемую шестикомпонентную систему, каинит является равновесной фазой для одной четырёхкомпонентной (K,Mg,//SO4,Cl-H20) и двух пятикомпонентных (Na,K,Mg,//SO4,Cl-H20 и K,Mg,Ca//SO4,Cl-H20) систем. Четырёхкомпонентная система K,Mg,//SO4,Cl-H20 достаточно хорошо изучена методом растворимости [1], а пятикомпонентные системы - методом трансляции [2, 3].
В настоящей работе приводятся результаты исследования участия каинита в формировании геометрических образов системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 500С методом трансляции, который базируется на принципе совместимости элементов строения частных n-компонентных и общей n+1 компонентной системы в одной диаграмме [4].
Согласно методу трансляции, при добавлении последующего компонента в частной n-компонентной системе и переходе её в n+1 компонентное состояние, элементы строения n-компонентной системы (нонвариантные точки, моновариантные кривые и т.д.), увеличивая свою размерность на единицу, трансформируются: нонвариантные точки превращаются в моновариантные кривые, моновариантные кривые - в дивариантные поля и т.д. Трансформированные элементы строения n-компонентных систем транслируются (переносятся) на уровень n+1 компонентного состава исследуемой системы и, согласно своим топологическим свойствам, а также с соблюдениям правила фаз Гиббса [5], взаимно пересекаясь, образуют элементы строения n+1 компонентной системы. Более подробно применение метода трансляции для определения фазовых равновесий в многокомпо-
Адрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр.Рудаки, 121, Таджикский государственный педагогический университет. E-mail: [email protected]
нентных водно-солевых системах рассмотрены в работах [6-8]. Ранее этим методом было исследовано участие арканита (K2SO4), глауберита (Na2SO4•CaSO4), астраханита (Na2SO4•MgSO4•H2O) и глазе-рита (3K2SO4•Na2SO4) в формировании геометрических образов исследуемой системы при 500С [912].
В пятикомпонентных системах, где одной из равновесных фаз является каинит, он участвует в формировании следующих пятерных нонвариантных точек с равновесными твёрдыми фазами.
Система 1Ча,К№ //804,С1-Н;0:
Е 2 о =Га+Каи+Кр-Си; Е11 =А с +Каи+Л е о+Си. Ез 2 =Ас -Каи+Л а-Лео;
Е з э =Га+Каи+Ки+Л а: Е з 4 =Г а-Каи+К[ I +Кр; 5=Га +Гз +Каи+Си;
Е|6=Ва-Га+Каи-Ла; Е|-=Ва-Гз-Каи+Си; Е^е=Ва-Га-Гз-Каи.
Система К,Ма.Са//304Г1-№0:
Е^2 =Каи+Лео+Пг+Си; Е?3=Ан-Каи-Кр+Си; Е^=Каи+Ла+Лео-Пг;
Е ^ з =А н -К аи- С Л а; Е^Ан+Кан+Ки+Кр; Е? 7=Ае +Каи+Пг+Си;
Е 7 е =А н -К аи- Л а +Пг.
Здесь и далее Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим на кратность точки (компонентность системы), и нижним индексом, указывающим на порядковый номер точки. Для удобства изложения материала порядковые номера точек сохранены, как в [9]. Приняты следующие условные обозначения равновесных твёрдых фаз: Га - галит №0; Каи - каинит KCl•MgSO4•3H2O; Кр - карналлит КО - MgQ2 - 6H2O; Си - сильвин КО; Ас - астраханит Na2SO4•MgSO4•4H2O; Лео - леонит К2SO4•MgSO4•4H2O; Ла - лангбейнит К2SO4•2MgSO4; Ки - кизерит MgSO4•H2O; Ва - вантгоффит 3Na2SO4•MgSO4; Гз - глазерит 3К2SO4•Na2SO4; Пг - полигалит К2SO4•MgSO4•2СаSO4•2H2O; Ан - ангидрит СаSO4; Ск - сакиит MgSO4•6H2O.
Каи+Гз
Каи+Га —Е?
Каи+Ки
34
Каи+Кр
Каи+Ла
-Е?б-
Каи+Ан
Е;>
■73
Каи + Си
Каи+Пг
Каи+Лео
Рис. 1. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации каинита на уровне пятикомпонентного состава, построенная методом трансляции.
Таблица
Равновесные твёрдые фазы и контуры дивариантных полей системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O
при 50°С в области кристаллизации каинита
Равновесные твёрдые фазы полей
Контуры полей на диаграмме (рис.2)
2
------------->рб
| 2 О \
р5------------->р6
^34 С17
------------_>рб
|2О |15
------------_>Гб
------------->рб
I 2 О ,Е15 А
I
1 _ I __________________1
с73
р5------------->р-
р5------------_>рб
р5------------->р6
I31 А23
I
I I
Еу2~----------------'
-------------5>рЬ
^32 '-'2 9
А
I
1 _ I -----------------'
Е|6"-----------
Е3------------_>Е6з
рб
7 П42 ^44
Е|з-----------">Е!3
Равновесные твёрдые фазы полей
Контуры полей на диаграмме (рис.2)
1
3
4
Каи+Га+Кр
Каи+Га+Си
Каи+Кр+Си
Каи+Лео+Ас
Каи+Лео+Си
Ки+Ла+Лео
Каи+Ва+Га
Каи+Ва+Гз
Каи+Ки+Га
"3 4
Каи+Ла+Га
Е5"
33
->Е46Г
'36
Каи+Ки+Ла
"33
Е---
Каи+Ки+Кр
Г34
Каи+Гз+Си
'76
---
46
Каи+Га+Гз
"37
р5----> р
46
^ЗЗ
Каи+Ан+Си
-77
Каи+Ла+Пг
'74
» Е;
-73
->е5
->рб
17
.рб
.47
^41
->Е?-
А
Р17
■Еб
43
43
">Е15
I
->рб
■Еб
.54
Таблица (продолжение)
1
2
Е-2----------->Е|3
------------>е^9
Е-2 _> Е1в Е|3
р5------------рЬ
р----------->Е*5
Е5_-----------_>Е67
3
4
Каи+Лео+Пг
Каи+Пг+Си
Каи+Ан+Кр
Каи+Ан+Ки
'76
Каи+Ан+Ла
->Е?
45
Каи+Ан+Пг
-78
,77
->Е Ь
-78
>Еб
445
17
Рб
Фрагмент схематической диаграммы [13] фазовых равновесий исследуемой системы при 50°С в области кристаллизации каинита на уровне пятикомпонентного состава, построенной методом трансляции, представлен на рис. 1, где отражены все элементы строения (дивариантные поля, моновариантные кривые, нонвариантные точки и их взаимное расположение) системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации каинита на уровне пятикомпонентного состава. Фазовый состав осадков пятерных нонвариантных точек приведён выше. Фазовый состав осадков дивариантных полей указан на рис.1. Фазовый состав осадков моновариантных кривых, проходящих между пятерными нонвариантными точками, таков:
Р5 Г5 Га+Кап+Ки; Р5 Р5 - Га+Каи+Си;
35
Р5 Г5 Каи+Кр+ Си: Р5 Р5 - = Ас+Каи+Лео;
п73 113 1
Р5 Каи+Лео+Си: г5 = Каи+Ла+Лео:
■л 72 32 74
I'5 | 5 Га+Каи+Ки; Р5 р" — Га+Каи+Ла;
1'5 Каи+Ки+Ла; 1 5 | 5 _ Каи+Ки+Кр;
75 Ь/Ь
Е5 Р5 Гз+Каи+Си: Е5 р5 — Га+Гз+Каи:
3 7
1' ■ 1' ' Ва+Га+Каи: 1' ' Ва+Гз+Каи;
Е-33 '■лу
Г5 Каи+Пг+Лео; г5 Р5 = Каи-11г-Си;
^■72 1_,72
Г5 Г5 Ан+Ки+Кр; Г5 Г5 — Ан+Каи+Си;
Т7 ' Г > Каи+Ла+Пг; Р5 - Ан+Каи+Ки;
1174 73 75 76
Р5 _ Ан+Кап+Ла; Р5 = Ан+Каи+Пг.
75 1-'7а П77 1179
Трансляция пятерных нонвариантных точек на уровень шестикомпонентного состава приводит к образованию следующих шестерных нонвариантных точек с равновесными твёрдыми фазами:
EJ + ------ . ____^ п6 - Ак+Га+ Каи +Кр+Си: Ан+Каи+Ки+Ла+Ск.
F5 11 л\ + Е%----- -------- Аи+Г а+Кам+Ки+Кр;
+ Га...... ......» Ь?„ = Аи+Га+Каи+Гй + Си:
Р 5 h'7S + Ск------ ______^ L'6 ......^ — F£2= Лн^Кятт-КГТп+ТТг+Ск; Ак-1 а+Каи+11г+Ск: 7
F3 3 2 -I- F3 Т- п74------ ------р2Э = Ас+Кам+Ла+Лсо+Пг;
Eli + Е^------ ____w рЬ _ ----ЬТД — Ас+ К як -нЛео+Пг+Си:
+ 1о...... _______v pü _ -------Li± — Ба+I а+1 6+Каи+Ла.
К5 П J г1 + m------ ______F6 - ----- Ва+Га+Каи+ГЬ+Си,
F5 ^ JU + гб..... ......Kö _ Fö — Lj 4 1 — В а+Га+ Гб+ Гз+ Каи: Ял + Гб+ Fi +К пгт+ Пт:
-+■ Еу = ------- 45 Ан ■+■ Г а— К an -|~Ю i~i" Л у:
Е3 + Кэ ----- --------V Ед6 - Es -E6 - I - = F 5 = E5 = Гл+Г^+Каи+Кр+Си: Ar— Гя+Fß-i-KajT -КГТ л; Гя+ ГЙ+ Гч+БСпп+Кр: Гз+Кяп+Кр+П:+С:г; Асн-Га+Каи+Пг+Сж Ас+Каи+Ла+Иг+Ск.
Как видно, из 19 шестерных нонвариантных точек, содержащих в качестве одной из равновесных фаз каинит, 5 образованы методом «сквозной» (Е176, Е176, Е296, Е386, Е456), 6 методом «односторонней» (Е186, Е196, Е416, Е426, Е436 Е466) и 8 методом «промежуточной» (Е166, Е226, Е446, Е476, Е486 Е526, Е536, Е546) трансляции [6-8].
На рис. 2 представлен фрагмент совмещённой схематической [13] диаграммы фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации каинита на уровне пяти-и шестикомпонентного составов.
На рис. 2 тонкие сплошные линии отражают моновариантные кривые уровня пятикомпонент-ного состава, равновесные твёрдые фазы которых приведены выше. Пунктирные линии, отходящие от пятерных нонвариантных точек, отражают моновариантные кривые, образованные при трансляции. Фазовый состав осадков этих моновариантных кривых идентичен фазовому составу транслированных точек. Полужирные сплошные линии отражают моновариантные кривые, проходящие между шестерными нонвариантными точками. Они характеризуются следующими равновесными твёрдыми фазами:
Е5 -ШШШШШ1- Ь15 ............................ Е^ 7=Ан-ь Га+Ка1:+Кр; Е5в=Ан+Га+Каи+Си;
гй _, Е5е=Га+Кав+Кр+Си; Е^=Ан+Каи+Ла+Ск;
гь Е16 шш.тшлш Е^-Аи+Каи+Кн+Ла; Е\7 _— Е®-"Ан+Га+Кан+Ки:
Е5 Е § 2=Ан+К ак+ Га+ Пг; Е?э— Е^=Ка1[+Га+П:+Си:
С 6 Е°2=Аь:+Каи+Га+Ск: Е^™™™ Е^Как+Пг+Ла+Ск;
Г* ■иижилишииищ Е|3=Ас-Каи+Лео-Пг Е|9— Е^=Ас+Каи+Ла+Ск;
Е-3=Ас+Каи Ег+Си: Еь41 Е^3=Ва-Га+Гб+Каи:
Е5 247=Га+Гб+Каи+Ла; Е^2 Е^=Вз+Гз+Кад+Пг;
Г Ь Е^3=Гг+Каи^Пг+Си: - Е$в=Га^Гб+Гз^Каи;
Г5 Е$4- Ва+Гб+ Гз+К аи: Е£--Е$7-Ан-Га+Каи+Ла;
и5 Ь46 ишштшиш- ¿|а=Га+Г1+Кал+Кр; Е^ -Е?2=Гз+Каи+Кр+Сп.
Анализ построенного фрагмента диаграммы фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации каинита (рис. 2) показывает на наличие 22 дивариантных полей, перечень и контуры которых представлены в таблице.
В целом каинит, как равновесная фаза системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С, участвует в формировании следующего количества её геометрических образов на уровнях пятикомпонентного (А) и шестикомпонентного (Б) составов:
Уровня компонента ости А Б
Нонвариантные точки 16 19
Моновариантные кривые 22 38
Ди вариантные поля 9 22
Рис. 2. Совмещенная схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Q-H2O при 50°С в области кристаллизации каинита на уровнях пяти- и шестикомпонентного составов, построенная методом
трансляции.
Поступило 25.09.2013 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Экспериментальные данные по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем (справочник). - СПб.: Химиздат, 2004, т.2, кн. 1-2, 1247 с.
2. Солиев Л. - Журн. физ. химии, 1980, т.54, № 6, с.1541.
3. Солиев Л., Горошенко Я.Т., Горникова М.А., Патриляк Н.М. - Укр. хим. ж., 1991, т.57, № 4, с.351.
4. Горошенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев: Нау-кова думка, 1982, 264 с.
5. Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю. Я. Основы физико-химического анализа. - М.: Наука, 1976, 504 с.
6. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграммы фазовых равновесий многокомпонентных водно-солевых систем методом трансляции. - М., 1987, 28 с. Ден в ВИНИТИ АН СССР 20.12.87 г., №8950 - В 87.
7. Солиев А. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции (кн. 1). - Душанбе: ТГПУ, 2000, 247 с.
8. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции (кн. 2). - Душанбе: Шух,оиён, 2011, 147 с.
9. Солиев Л. - ДАН РТ, 2009, т.52, № 8, с.613-618.
10. Солиев Л. - ДАН РТ, 2011, т.54, № 11, с.906-911.
11. Солиев Л. - Журн. неорган. химии, 2013, т.58, № 5, с.663-667.
12. Солиев Л. - Журн. физ. химии, 2013, т.87, № 9, с.1455-1461.
13. Солиев Л. - Журн. неорган. химии, 1988, т.33, № 5, с.1305-1310.
Л.Солиев
МУВОЗИНАТ^ОИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O ДАР ХДРОРАТИ 50°С ДАР ^УДУДИ КРИСТАЛЛИЗАТСИЯИ КАИНИТ
(KCl-MgSO4-3H2O)
Донишго^и давлатии омузгории Тоцикистон ба номи С.Айни
Бо усули транслятсия мувозинатх,ои фазагии системаи Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O дар хдрорати 50°С дар худуди кристаллизатсияи каинит омухта шудааст. Мукаррар карда шудааст, ки каинит хдмчун фазаи мувозинатии ин система дар хдрорати 50°С дар ташаккулёбии 19 нук,тах,ои нонвариантй, 38 хатх,ои моновариантй ва 22 майдонх,ои дивариантй ширкат меварзад. Дар асоси далелх,ои ба даст овардашуда маротибаи аввал диаграммаи мувозинатх,ои фазагии системаи Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O дар хдрорати 50°С, дар худуди кристаллизатсияи каинит, сохта шудааст.
Калима^ои калиди: мувозинат - система - каинит - фаза - нуцта^ои нонвариантй - хатуои моновариантй - майдощои диварианти - диаграмма - компонент.
L.Soliev
PHASE BALANCE OF SYSTEM Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O AT 50°С IN AREA CRYSTALLIZATION OF KAINIT (KClMgSO43H2O)
S.Ainy Tajik State Pedagogikal Unversity By method of compilation are investigated of phase balance of system Na, K, Mg, Ca // SO4, Cl-H2O at 50°C in area crystallization of kainit (KCl- MgSO4- 3H2O). Is established, that as the equilibrium phase of the investigated system at 50°C participates in formation 19 invariant of points, 38 monoalternative curves and 22 divariant of fields. On the basis of the received data a fragment of the diagram phase equilibrium investigated of system Na, K, Mg,Ca//SO4,Cl-H2O for the first time is constructed at 50°C in area crystallization of kainit.
Key words: balance - system - kainit - phase - invariant point - monoalternative curve - divariant of a field - diagram - component.
