CC BY
8ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ФАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС СИСТЕМЫ Na,Mg,Ca||SO4,CO3-H2O ПРИ ОТ
УДК 541.123.7
Солиев Л., Джабборзода Б., Жумаев М. Т.
Таджикский государственный педагогический университет им. С. Айни
Особенности фазовых равновесий в системе Ка,М^Са||804,С03-И20 определяют условия галургической переработки полиминерального природного и сложно технического сырья (промышленных отходов), содержащих сульфаты, карбонаты, натрия, магния и кальция. Как показывает анализ литературы [1], пятикомпонентная взаимная система Ка,М§,Са||804,С03-И20 не исследована вообще и, поэтому не были построены её диаграммы фазового комплекса или растворимости. Одной из причин такого положения могла быть невозможности использования для этой цели геометрические фигуры реального трёхмерного пространства [2]. Введение в теорию и практику физико-химического анализа принципа совместимости элементов строения п и п+1 компонентных систем в одной диаграмме [3,4] и разработки на этой основе метода трансляции [5], для прогнозирования и построения диаграмм фазовых равновесий (фазовых комплесков) многокомпонентных систем, позволили в значительной степени решить эту проблему. Согласно методу трансляции добавление последующего компонента в исходную п - компонентную систему сопровождается трансформацией геометрических образов исходной п - компонентной системы с последующей трансляцией (переносом) их на уровень п+1 компонентного состава. Это вполне согласуется с высказываниями Н.С.Курнакова о том, что: «...всякую диаграмму многокомпонентной системы можно рассматривать как образованную из диаграммы системы с меньшим числом компонентнов, усложнённой введением новых компонентов или иных условий равновесия, причем характерные элементы более простой диаграммы не исчезают, а только принимают иной геометрический образ.» [6, 7]. Транслированные геометрические образы п компонентного уровня, согласно своим топологическим свойствам и с соблюдением правило фаз Гиббса [2], взаимно пересекаясь образуют геометрические образы п+1 компонентного уровня исследуемой многокомпонентной системы.
Пятикомпонентная система Ка,М§,Са||804,С03-И20 включает следующие четырёхкомпонентные системы: Ка2804-М§804-Са804-И20; Ка2С03-М§С03-СаС03-Ы20; Ка,М§||804,С0з-И20; Ка,Са||804,С03-И20 и М&Са||804,С03-И20. Согласно [1] для них при ОТ характерно следующие четверные нонвариантные точки с соответствующими им равновесными твёрдыми фазами (табл. 1).
Таблица 1
Равновесные твёрдые фазы нонвариантных точек системы Ка,М^Са||804,С03-И20 при ОТ на
Нонвариантные точки Равновесные твёрдые фазы Нонвариантные точки Равновесные твёрдые фазы
Система Na2SO4-MgSO4-CaSO4-H2O Система Na,Ca||SO4,CO3-H2O
Е14 Мб+Гп+Mg 12 Еб4 Гл+Мб+С10
Система Na2CO3-MgCO3-CaCO3-H2O Е74 Гл+Сц+Гп
Е24 С10+Гл+Мг Ев4 Мб+Гп+Гл
Е34 Гл+Мг+Сц Система Mg,Ca| | SO4CO3-H2O
Система Na,Mg| | SO4,CO3-H2O Е94 Гп+Сц+ Mg12
Е44 М^12+Мб+С10 Е10 Сц+ Mg- 12+Мг
Е54 М^12+Мг+С10
В табл. 1 и далее Е - обозначение нонвариантной точки с верхним индексом, указывающим на компонентность системы и нижним индексом, указывающим на порядковый номер точки. Приняты следующие условные обозначения равновесных твёрдых фаз: Гп - гипс CaSO4 2H2O; Гл -гейлюссит Na2CO3 CaCO3 5H2O; Mg12 - MgSO412H2O; С10 - Na2CO310H2O; Мг - магнезит MgCO3; Мб - мирабилит Na2SO410H2O; и Сц - кальцит СаСО3. На основании данных табл. 1 построена диаграмма фазового комплекса системы Na,Mg,Ca||SO4,CO3-H2O при ОТ для уровня четырёхкомпонентного состава в виде «развёртки» призмы (рис. 1).
Рисунок 1 - «Развёртка» диаграммы фазового комплекса системы Ка,М§,Са||804,С03-И20 при
ОС на уровне четырёхкомпонентного состава
Чтобы в дальнейшем использовать построенную диаграмму как основу (матрицу) для нанесения на ней геометрических образов уровня пятикомпонентного состава необходимо объединить идентичные поля кристаллизации индивидуальных равновесных твёрдых фаз разноимённых четырёхкомпонентных систем, т.е. необходимо унифицировать её [8], тогда мы получим схематическую [9] диаграмму фазового комплекса системы Ка,М§,Са||804,С03-И20 при ОС на уровне четырёхкомпонентного состава (рис. 2).
Рисунок 2 - Схематическая диаграмма фазового комплекса системы №,]У^,Са||804,С0з-Н20 при 0°С на уровне четырёхкомпонентного состава, построенная методом трансляции
Построенная методом трансляции схематическая диаграмма фазового комплекса системы Ка,М§,Са||804,С03-И20 при 00С (рис. 2) отражает все возможные фазовые равновесия на её геометрических образах при 0° и их взаимное расположение на уровне четырёхкомпонентного состава. Фазовый состав осадков дивариантных полей (поля кристаллизации индивидуальных равновесных твёрдых фаз) показаны на рисунке 2. Фазовый состав осадков четверных нонвариантных точек приведен в табл. 1. Моновариантные кривые, проходящие между четверными нонвариантными точками, характеризуются следующим фазовым составом осадков:
Двухсторонняя «сквозная» трансляция [5] четверных нонвариантных точек (табл. 1) на уровень пятикомпонентного состава (математически - это парное сочетание нонвариантных точек
разноимённых четырёхкомпонентных систем, отличающихся друг от друга на одну фазу) сопровождается образованием следующих пятерных нонвариантных точек:
ЕГ ВЭ4
Е4+
Е34
ЕГ
Еш4
Е64
Ее,4
■ -> Е13 = Мб + М^ 12 + Гп + Гл: -> К7/5 С: Ю + Гл + М1+
=Мг + Сц + Гл + Мё-12; - ->Е_1.= — Мр12 I МГ> I С ! 1 О + Гл: = Гл +Ги + Сц + Мё 12.
На основании полученных данных, построена совмещенная схематическая [9] диаграмма фазового комплекса системы Ка,М§,Са||804,С03-Н20 при О °С на уровнях четырёх-пятикомпонентного составов (рис. 3).
Рисунок 3 - Совмещенная схематическая диаграмма фазового комплекса системы Ка,М§,Са||804,С03-Н20 при 0° на уровнях четырёх-пятикомпонентного составов, построенная
методом трансляции
На рис. 3 тонкие сплошные линии обозначают моновариантные кривые уровня четырёхкомпонентного состава. Характерные для них равновесные твёрдые фазы приведены выше. Пунктирные линии обозначают моновариантные кривые, образованные при трансляции четверных нонвариантных точек на уровень пятикомпонентного состава. Характерные для них равновесные твёрдые фазы идентичны равновесным твёрдым фазам четверных нонвариантных точек (табл. 1), а стрелки указывают на направления трансляции. Полужирные линии также являются моновариантными кривыми уровня пятикомпонентного состава. Они проходят между пятерными нонвариантными точками и для них характерен следующий фазовый состав осадков:
Е|
.Е^ = 12 + Мб + Гл: •Е53 = М?-12 + Гп + Гл;
Еа
Ез3
»Е3 = Мг + Гл + 12;
= СЮ + 12 + Гл; •Ез" = Гл + Ме-12 + Сц.
Построенную мегом трансляции диаграмму фазового комплекса системы №,]У^,Са||804,С03-Н20 при 0ОС можно фрагментировать по дивариантным полям, что значительно облегчает ее чтения. В табл. 2 приведены перечень и контуры дивариантных полей построенной методом трансляции диаграммы фазового комплекса системы Ка,М&Са||804,С03-Н20 при 00С.
Перечень и контуры дивариантных полей системы Ка,М%,Са|1804,С03-Н20 при 0°С
Таблица 2
Равнсвэснь ге твёрпьк фазы полей
Мо-н 12
МогЬГп
Кжпры пшш на диаграв, г\ к (рис. 3)
->Н
1 и1-
Н4
Её*--------
-Е
Равгазвесньк гв^эпыг фазы полей
С10+1\С
С10+ №■ 12
Кснтуры I кнесз1 на лиаграмлк (рис . 3 )
I
ГГТ+- 1 J -Э- El1 1 3VIB- 12+M- 3 1 -----------'
TZ I —t-Тч ti □ 1 J ----------- 1 Ej^-----------Ж I,1----------- 1 1 I 1----------->Ei"
JVt-HCIO . 1-----------3E L. 5* tL 3 1 -----------iEs3 1 Ев<-----------1
CJ IO-Ы гт J 1 -.г-4- I 1 b4----------->E 1., ....."
1 j | ^ ^ ( □ | Ь+-----------ЭЕг^ 1 1 ----------->-
1 1-----------
Ejt ЭЕ L К TVTEt- 1 j H i 1 1 1
Таким образом, анализ строения фазового комплекса системы Ка,М§,Са||804,С03-И20 при ОТ, установленный методом трансляции, показывает, что для исследованной системы при данной температуре характерно наличие следующего количества геометрических образов на уровнях четырёхкомпонентного (А) и пятикомпонентного (Б) составов (табл. 3).
Таблица 3
Количество геометрических образов, характерных для системы Ка,М§,Са||804,С03-И20 при ОТ
на уровнях четырёхкомпонентного (А) и пятикомпонентного (Б) составов
Геометрические образы Уровень компонентности
А Б
Нонвариантные точки 10 5
Моновариантные кривые 15 15
Дивариантные поля 7 16
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. т.п., кн. 1-2. -СПб.: Химиздат, 2004, 1248 с.
2. Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю.Я. Основы физико-химического анализа. -М.: Наука, 1976, 503 с.
3. Горощенко Я.Г. Физико-химический анализ гомогенных и гетерогенных систем. - Киев: Наукова думка, 1978, 490 с.
4. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев: Наукова думка, 1982, 264 с.
5. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водно-солевых систем методом трансляции. - М, 1987, 28 с. Деп. в ВИНТИ АН СССР 20.12.87г., № 8990-В 87.
6. Курнаков Н.С. Некоторые вопросы физико-химического анализа. ДАН СССР, 1939, т.25, №5, с. 384-387.
7. Курнаков Н.С. Введение в физико-химический анализ. - М. - Л.: Изд. АН СССР, 1940, 562 с.
8. Солиев Л., Жумаев М.Т. Фазовый комплекс системы Na,Ca||SO4,CO3,HCO3-H2O при 250С. Химический журнал Казахстана. -2020. -№ 1(69). -С. 72-82.
9. Солиев Л. Схематические диаграммы фазовых равновесий многокомпонентных систем. -Журн. неорган. химии,1988, т.33, № 5. с.1305.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО КОМПЛЕКСА СИСТЕМЫ Na,Mg,Ca||SO4,CO3-H2O ПРИ 0Т
Методом трансляции исследованы фазовые равновесия системы Na,Mg,Ca\\SO4,CO3-H2O при 0Т. Установлено, что для исследованной системы при 0Т характерно наличие 5 нонвариантных точек, 15 моновариантных кривых и 16 дивариантных полей. На основе полученных данных впервые построена её диаграмма фазового комплекса при данной температуры.
Ключевые слова: диаграмма, фазовый комплекс, нонвариантные точки, моновариантные кривые, дивариантные поля.
PHASE COMPLEX SYSTEM OF Na,Mg,Ca||SO4,CO3-H2O AT 0oC
The phase equilibrium of the Na,Mg,Ca\\SO4,CO3-H2P system at 0°C was studied by the translation method. It is established that the system under study at 0°C is characterized by the presence of 5 noninvariant points, 15 monovariant curves, and 16 divariant fields. Based on the data obtained, its phase complex diagram at a given temperature was firstly constructed.
Keywords: diagram, phase complex, invariant points, monovariant curves, divariantfields.
Сведение об авторах:
Джабборзода Б. - аспирант кафедры «Общая и неорганическая химия» Таджикского государственного педагогического университета им.С. Айни. Телефон (+992)-981-08-77-31.
Жумаев М.Т. - к.х.н., доцент кафедры «Общая и неорганическая химия» Таджикского государственного педагогического университета. им. С. Айни. Телефон: (+992)-90-44-44-100. E-mail: [email protected]
About authors:
Dzabborzoda B. - Applicantfor the Departament of General and Inorganic Chemistry, Tajik State Pedagogical University named after SAini. Phone: (+992)-981-08-77-31. Jumaev M.T. - Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Departament of General and Inorganic Chemistry, Tajik State Pedagogical University named after SAini. Phone: (+992)-90-4444-100. E-mail: [email protected].
УДК. 541.123.7
КОМПЛЕКСИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ K2SO4-K2CO3-KHCO3-KF-H2O ДАР ^АРОРАТИ 250C
СолиевЛ., ИбрагимоваБ.М., Мусоцонзода Ц.М., НизомовИ.М.
Донишгощ давлатии омузгории Тоцикистон ба номи САйни
Х,амагуна равандх,ои химиявй дар доираи системахои химиявй, ки як кисми шартан махдудкардашудаи фазо мебошанд, амалй мешаванд. ^онуниятх,ои дар системахои химиявй чой доштаро бо ёрии диаграммахои холатй ифода менамоянд. Диаграммахои холатии системахои химиявии то чор компонент доштаро бо ёрии фигурахои геометрии сеченака ифода намудан мумкин аст. Ифодаи диаграммахои холатии системахои химиявии панч ва аз ин зиёд компонента бо ёрии фигурахои геометрии сеченака гайриимкон мебошад. Бинобар ин коркарди усулхои нави тахкики системахои бисёркомпонента яке аз проблемахои мухимтарини химия мебошад. Х,алли ин проблема на танхо ахамияти илмй, балки ахамияти бузурги амалй низ дорад. Ахамияти амалии халли ин проблема аз он бармеояд, ки аксарияти ашёхои табий ва техникй (партовхои саноатй) таркиби химиявии мураккаб доранд ва бинобар коркарди онхоро ба рох мондан, дар асоси донистани конуниятхои мувозинатх,ои фазагии системахои бисёркомпонента амалй карда мешаванд.
Барои халли ин проблема аз тарафи Солиев Л. усули нави омузиши системахои химиявй, усули транслятсия пешниход карда шудааст. Усули транслятсия аз принсипи хамгиро, ки дар як диаграмма чой доштани элементх,ои геометрии n ва n+1 компонентаро дар назар дорад [1], бармеояд. Усули транслятсия имконият медихад, ки дар асоси мувозинатхои фазагии системаи умумии n+1 компонета пешгуй карда шуда, диаграммаи он сохта шавад [2-5].
Системаи панчкомпонентаи K2SO4-K2CO3-KHCO3-KF-H20 яке аз кисмхои таркибии системаи шашкомпонентаи Na,K//SO4,CO3,HCO3,F-H2O, ба хисоб рафта, конуниятхои мувозинатхои фазагии он шароитх,ои коркарди галургии ашёи хомро, ки дорои намакхои сулфатх,о, карбонатхо, гидрокарбонатхо ва фторидхои натрию, калий мебошанд ва инчунин коркарди партовхои моеъи саноати алюминийро муайян мекунанд [6, 7].
Дар маколаи мазкур, маълумот оиди тахкики мувозинатхои фазагии системаи панчкомпонентаи K2SO4-K2CO3-KHCO3-KF-H20 дар харорати 00 оварда шудааст. Тадкикодхо исбот намудаанд [814], ки зимни омузиши системахои химиявй бо усулхои гуногун, аз чумла бо усули энергияи минимизатсионии Гиббс, натичаи боэътимодро хангоми омузиши системахои химиявии то чоркомпонента ба даст овардан мумкин. Ба акидаи тадкикотчиён хангоми зиёдшавии компонентнокии система то панч ва аз он зиёд, натичахои бадастомада эътимоднокии худро гум мекунад ва ин усул имкон намедихад, ки дар асоси натичахои зимни тадкикот бадастоварда диаграммахои системахои химиявй сохта шавад.
Системаи панчкомпонентаи K2SO4-K2CO3-KHCO3-KF-H2O, аз системахои чоркомпонентаи: K2SO4-K2CO3-KHCO3-H2O; K2SO4-K2CO3-KF-H2O; K2SO4-KHCO3-KF-H2O ва K2CO3-KHCO3-KF-H2O таркиб ёфтааст.
Тахлили адабиёт [15,16] нишон медихад, ки системаи K2SO4-K2CO3-KHCO3-KF-H2O дар сатх,и секомпонентагй кисман омухта шуда, вале барои сатхи чор-панчкомпонентагй дар харорати 250 маълумот мавчуд нест.
Маълумот оид ба мувозинатх,ои фазагй дар нуктахои нонвариантии сатх,и чоркомпонентагии системаи K2SO4-K2CO3-KHCO3-KF-H2O бо фазахои сахти мувозинатиашон дар чадвали 1 оварда шудааст.
