Фазовые равновесия в системе Na, k//CO3, HCO3 h2 o при 25°с Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН

2006, том 49, №2

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 541. 123. 6

Л.Солиев, Ш.Турсунбадалов, И.Низомов ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ КА, К//СОз, НСОз - Н О ПРИ 25°С

(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиевым 22.02.2006 г.)

Четырёхкомпонентная взаимная система Na,K//COз,HCOз - H2O является составной частью более сложной шестикомпонентной системы Na,K//SO4,COз,HCOз,F -H2O, состояние фазовых равновесий в которой служит теоретической основой многих технологических процессов, в том числе переработки отходов алюминиевого производства. Следовательно, знание закономерностей фазовых равновесий в ней представляет, кроме теоретического, также и практический интерес. В то же время существующие данные о фазовых равновесиях в системе Na,K//COз,HCOз - H2O при 250С, полученных методом растворимости [1], не достаточны для построения её замкнутой диаграммы.

Фазовые равновесия в приведенной системе нами исследовались методом трансляции, основанном на принципе совместимости элементов строения общей и частных систем в одной диаграмме [2]. Метод трансляции позволяет прогнозировать фазовые равновесия в системах с большим числом компонентов на основании данных о фазовых равновесиях в составляющих системах с меньшим числом компонентов. Этот метод основан на топологических свойствах геометрических образов химических систем и правиле фаз Гиббса. Известно, что при увеличении компонентности системы от п до п+1 геометрические образы п-компонентных систем увеличивают свою размерность на единицу и, транслируясь в область п+1 компонентного состава, взаимно пересекаются с образованием элементов строения исследуемой системы в данной области компонент-ности. Условия применения метода трансляции подробно рассмотрены в работе [3], а в работах [4,5] приведены примеры использования метода для построения изотермической и политермической диаграмм многокомпонентных водно-солевых систем.

Исследуемая четырехкомпонентная взаимная система Na,K//COз,HCOз - H2O включает следующие трехкомпонентные системы: Na2COз-K2COз-H2O, NaHCOз--KHCOз-H2O, K2COз-KHCOз-H2O и Na2COз-NaHCOз-H2O. Характерные для них нон-вариантные точки с соответствующими равновесными фазами скомпонованы в табл.1 и заимствованы из [6].

В таблице 1 и далее Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим на её кратность (компонентность системы) и нижним индексом, указывающим на порядковый номер точки. Приняты следующие условные обозначения равновесных фаз:

С-7-№2т3-7ШО; 010-№2т3-10Н20; Na•K•6-Na2COз•K2COз•6H2O;

K•1,5•-K2COз•1,5H2O; S-2KHCOз•K2COз•1,5H2O; M-NaHCOз•Na2COз•2H2O;

N-NaHCOз•K2COз•2H2O.

Таблица 1

Фазовые равновесия в нонвариантных точках системы Na,K//COз,HCOз-H2O при 250С

на уровне трёхкомпонентного состава

Нонвариантная точка Равновесные фазы Нонвариантная точка Равновесные фазы

Система Е Е\ Ез3 Na2COз-K2COз-H2O 07+010 07+№-К-6 K•1,5+Na•K•6 Система Е53 Е63 K2COз-KHCOз-H2O KHCOз+S К-1^

Система Е3 Е4 NaHCOз-KHCOз-H2O NaHCOз-KHCOз +Н2О Система Е73 Е3 Na2COз-NaHCOз-H2O NaHCOз+M 010+М

При переходе системы на уровень четырёхкомпонентного состава (например, при добавлении недостающего четвёртого компоненты в любую из приведенных в табл. 1. трёхкомпонентных систем) геометрические образы трёхкомпонентных систем трансформируются (увеличивают свою размерность на единицу) и, транслируясь в область четырёхкомпонентного состава, формируют её геометрические образы.

Анализ показывает, что четверные нонвариантные точки исследуемой системы формируются по всем трём типам трансляции [3], например тройные нонвариантные точки Е3, Е\, Е3 и Е3 участвуют в формировании четвёрных нонвариантных точек по

«сквозному» типу трансляции, а тройные нонвариантные точки Е3,Е|,Е3 и Е\ - по

«одностороннему» типу трансляции. В результате таких типов трансляции образуются следующие четверные нонвариантные точки с равновесными фазами.

Е3 + Е3-------------> Л',4 = С-7 + С-10 +М; Е3 + Е3-> Е4 = ЫаНС03 + КНСОъ +М;

Е3 + М--------------» Е34 = С-1 + Ыа-К-6 +М; Е33 + М-> Е4 = Ыа-К-6 + 1,5+М;

Е3+К->Е45=КНСОъ + 8 + Ы; Е36+1$--------------------->Е* = КЛ,5 +Б + N.

Согласно [1], соединения N(NaHCOз•K2COз•2H2O) образуется на уровне четырёхкомпонентного состава. Диаграмма фазовых равновесий исследуемой системы, построенная по результатам сквозной и односторонней трансляции нонвариантных точек частных трёхкомпонентных систем, показывает, что для оконтуривания поля кристаллизации данной фазы необходим поиск нонвариантных точек, образованных по типу «промежуточной» трансляции. Найденные таким образом четверные нонвариантные точки (Е4, Е84) характеризуются равновесными фазами KHCOз +M+N и K.1,5+M+N, соответственно.

2NaHCO3

NaHCO3

Е3

KHCO3

ЕI

Е4

Е

Е

M

Е4

Е4

.Е3

Е,4

Е4

е4

010

07

Na«

Ю1,5

.Na2CO3

■ - Е

Е3

■ Е3

Е3

K2CO3

2KHCOз--------------- е5 е6

Рис. Схематическая диаграмма фазовых равновесий изотермы 250С системы Na,K//COз, HCOз H2O, построенной методом трансляции

4

S

Окончательный вариант диаграммы фазовых равновесий исследуемой системы, построенной с учётом всех типов трансляции, представлен на рисунке. Она является схематической [7] и отражает состояние фазового комплекса диаграммы, где отражены все геометрические образы системы (с характеризующими их фазовыми равновесиями) и их взаимное расположение без увязки с координатным остовом.

Как видно из рисунка, исследуемая система на уровне четырёхкомпонентного состава, кроме 8 нонвариантных точек, также характеризуется наличием 16 моновариант-ных кривых. Они имеют двоякое происхождение. Одни образуются в результате трансляции тройных нонвариантных точек в область четырёхкомпонентного состава (на рисунке они отмечены прерывистыми линиями со стрелками). Другие моновариантные кривые проходят между четверными точками (на рисунке они отмечены толстыми сплошными линиями).

Моновариантные кривые исследуемой системы характеризуются следующим фазовым составом осадков:

Е13 07+010 Е4 • Е1 ; Е23 07+ N^6 Е34 3 .«.Е,4

33 Е3 __К-_1л5_+Ма:.К-б___ Е4; Е4 ; Е43 __КНСОз±ШНСОа

Е3 КНСОз + 5 Е4; е5 ; Е 3 Е6 Ю1,5 ±Б Е4

Е73 №НСОз + М Е4; Е2 ; Е83 010 + М Е4 Е1

Е14 07 +М Е4; Е24 КНСОз±М Е4 • е7 ?

Е34 №-К-6+М Е4; е;_ Ю1,5+М Е4 • е8 ;

Е4 КНСОз + Б Е4 ; Е4 N ±Б Е4 * Е6 ;

Е64 Ю1,5 ±М Е84; Е74 М±М Е4 | Е8 ‘

Таблица 2

Перечень равновесных фаз системы №,К//СОз,НСОз - Н2О при 250С и контуры поля их кристаллизации

Равновесные фазы

Контуры полей кристаллизации на диаграмме (рис)

Равновесные

фазы

Контуры полей кристаллизации на диаграмме (рис)____________________

№НСОз

Е3

Е3

N^•6

Е3

' '3

Е4

Е

КНСОз

Е4

Е3

е4

Е3

1

07

Е3

Е

Е4

М

Е3

Е4

Е4

Е4

Е4

Е4

Е4

т2се3

010

Е3

1

Е3

Е3

е4

Е4

'7

N

Е4

Е4

Ю1,5

Е3

Е4

К2СО3

Е3

Е4

Е

4

На четырёхкомпонентном уровне исследуемой системы поля кристаллизации отдельных фаз отражают состояния дивариантного равновесия, где в равновесии с насыщенным раствором находится одна твёрдая фаза (их 9), моновариантные кривые (их 16) - состояния моновариантного равновесия, где в равновесии с насыщенным раствором находятся две твёрдые фазы, а нонвариантные точки (их 8) - состояния нонвариантного равновесия, где в равновесии с насыщенным раствором находится три твёрдые фазы.

В табл. 2 представлены перечень равновесных фаз исследуемой системы при 25оС и контуры поля их кристаллизации.

Достоверность полученных методом трансляции данных о состоянии фазовых равновесий в исследуемой системе потверждается не только замыкаемостью элементов строения её диаграммы, но и экспериментально [1] в исследованных областях кристаллизации некоторых фаз.

ЛИТЕРАТУРА

1. Справочник по растворимости солевых систем (под ред. Пельш). Л.: Химия, 1975, т.11, кн.1-2, 1063 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 водно-солевых систем методом трансляции - М., 1987. Деп. в ВИНИТИ АН СССР 20.12.87 г. № 8990В87, 28 с.

4. Горощенко Я. Г, Солиев Л, Горникова М. А, Патриляк Н. М. Политерма растворимости солевой системы морского типа. Душанбе: Дониш, 1992, 162 с.

5. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции (книга 1). Душанбе: изд. ТГПУ им. Джураева. 2000, 247 с.

6. Справочник по растворимости солевых систем (под ред. А.Д. Пельш) - Л.: Химия, 1973, т.1, кн. 1-2, 1070 с.

7. Солиев Л. - Ж. неорганической химии, 1988, т. 33, № 5, с. 1305-1310.

Таджикский государственный Поступило 15.03.2006 г.

педагогический университет им. К.Джураева

Л.Солиев. Ш.Турсунбадалов, И.Низомов МУВОЗИНАТ^ОИ ФАЗАГЙ ДАР СИСТЕМАИ КА,К//СОэ, НСОз -ШО ДАР ХДРОРАТИ 25°С

Бо ёрии методи транслятсия мувозинатхои фазагии системаи Na,K//COз, НСОз -Н2О дар харорати 250С омухта шудааст. Муайян карда шудааст, ки барои системаи мазкур дар хдрорати 250С ва сатхи чоркомпонентагй мавчудияти 8 нуктаи нонвариантй, 16 хати моновариантй ва 9 майдони дивариантй хос мебошад. Дар асоси далелхои ба

даст овардашуда диаграммаи схемагии сарбастаи мувозинатхои фазагии система сохта шудааст.

L.Soliev, Sh.Tursunbadalov, I.Nizomov PHASE BALANCE IN THE SYSTEM OF NA, K//CO3,HCO3-H2O IN 25°C TEMPERATURE

With the help of translation method, the phase balance of Na,K//CO3,HCO3-H2O system in 250C temperature is learned. It is defined that for the above-mentioned system supporting 250C temperature and four - component level, the existence of 8 nonvariant points, 16 monovariant lines and 9 diavariant area are specific. On the basis of the achieved reasoning the blind schematic phase balance system is created.