Строение фазового комплекса шестикомпонентной системы Na,k,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°с в области кристаллизации сакиита (MgSO4∙6H2O) Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2017, том 60, №10_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 541.123.7

Л.Солиев

СТРОЕНИЕ ФАЗОВОГО КОМПЛЕКСА ШЕСТИКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ Ка,К,М&Са/^04,С1-Н20 ПРИ 50°С В ОБЛАСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САКИИТА (MgSO4•6H2O)

Таджикский государственный педагогический университет им. С. Айни

(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М. Мирсаидовым 19.05.2017 г.)

Методом трансляции прогнозирован и построен фазовый комплекс системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации сакиита (MgSO4•6H2O). Установлено, что сакиит как равновесная фаза исследованной системы при 50°С участвует в формировании 4-х нонвариантных точек, 13 моновариантных кривых и 15 дивариантных полей исследованной системы.

Ключевые слова: равновесие, система, сакиит, фаза, нонвариантные точки, моновариантные кривые, дивариантные поля, диаграмма, компонент.

Закономерности фазовых равновесий шестикомпонентной системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O, определяют условия галлургической переработки морских рассолов и морских соляных отложений, состоящих из хлоридов и сульфатов натрия, калия, магния и кальция. Поэтому, знание закономерностей фазовых равновесий в исследуемой системе приставляет не только научный интерес, по и необходимо для создания оптимальных условий переработки природного сырья, содержащих эти соли..

Однако, исследование подобных многокомпонентных систем затруднено отсутствием наглядных способов, позволяющих отображать обнаруженные закономерности. Существующие реальных трёхмерные геометрические фигуры не пригодны для отображения этих закономерностей. Экспериментальное исследование таких систем требует больших материальных и временных затрат.

Вместе с тем, признание принципа совместимости [1] в качестве третьего основного принципа физико-химического анализа и разработанного на основе данного принципа метода трансляции для прогнозирования и построения диаграмм фазового равновесий (фазовых комплексов), как наиболее универсального метода исследования многокомпонентных систем [2], позволило решить в значительный степени существующие проблемы.

Принцип совместимости [1] предусматривает совмещение элементов строения частных составляющих систем (например п - компонентных) с элементами строения общей системы (например п+1- компонентной) в одной диаграмме. Разработанный на этой основе метод трансляции для прогнозирования и построения диаграмм фазовых равновесий (фазовых комплексов) предусматривает, что при увеличении компонентности системы с п до п+1 элементы строения п - компонентных систем увеличивают свою размерность на единицу и трансформируясь переносятся на уровень п+1 ком-

Адрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр.Рудаки, 121, Таджикский государственный педагогический университет. E-mail: [email protected]

понентного состава [3]. На уровне п+1 компонентного состава эти трансформированные геометрические образы, в соответствии с основными принципами физико-химического анализа и правило фаз Гиббса [4], а также своих топологических составов, образуют элементы строения п+1компонентной системы.

Пятикомпонентные системы, составляющие шестикомпонентную систему Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O, а также большинство фрагментов (области кристаллизации отдельных фаз) самой шестикомпонентной системы исследованы методом трансляции при 25 и 50°С и обобщены в работах [5, 6].

Сакиит (MgSO4•6H2O), как равновесная фаза исследованной шестикомпонентной системы при 50°С, является также равновесной фазой пятикомпонентных систем: Na2SO4-K2SO4-MgSO4-CaSO4-Н2О; №,К^/^04,С1-Н20; ^^Са/^О^О-ЩО и К^,Са/^4,С1-Н20, которые составляют шестикомпонентную систему Na,K,Mg,Са//SO4,CI-H2O. Сакиит участвует в формировании следующих нонвариантных точек перечисленных пятикомпонентных систем с характерными для них равновесных твёрдых фаз. Система Na2SO4-K2SO4-MgSO4-CaSO4-H2O: Е д = Ас + Лео + Пг + Ск; Е д = Ан +

Ас + Пг + Ск. Система №,К^/^04,С!-Н20: Е д 9= Ас + Ла + Лео + Ск; Е £ 3 = Ки + Ла + Лев + Ск; Е £ 9

5 _ -

= Ас + Ла + Лев + Ск. Система №^,Са/^04,С1-Н20: Е | 0= Ан + Ас + Лев + Ск; Е д 7 = Ан + Ки + Лев

_

+ Ск. Система К^,Са/^04,С1-Н20: Е д 1 = Ла + Лео + Пг + Ск; Е | 7 = Ан + Ки + Ла + Ск; Е д 0 = Ан + Пг + Ла + Ск.

Здесь и далее нонвариантная точка обозначена буквой Е с верхным индексом, указывающим кратность точки (компонентность системы) и нижним индексом, указывающим на порядковый номер точки. Порядковые номера нонвариантных точек, с целью упрощение изложения материала, взяты из [7]. Приняты следующие условные обозначения равновесных твёрдых фаз: Ас - астраханит Na2SO4•MgSO4•4H2O; Ан - ангидрит CaSO4; Лео - леонит K2SO4•MgSO4•4H2O; Ск - сакиит MgSO4•6H2O; Пг - полигаллит К2SO4•MgSO4•2СаSO4•2H2O; Ла - лангбейнит K2SO4•2MgSO4; Ки -кизерит MgSO4•H2O; Лев - левеит Na2SO4•MgSO4•2,5H2O; Гз - глазерит 3К^04^а^04.

Еу-Еб"

Ас+Ск -Е:^-

Лео+Ск

Езо5-

Е295

Лев+Ск

Е575

-Е233

Ки+Ск

-Е673

-Бет3

Ла+Ск

Пг+Ск

Ан+Ск

Е^-

■ Е 70^

-ЕтО3

Рис. 1. Схематическая диаграмма фазового комплекса системы №,К,]У^,Са//804,С1-Н20 при 50°С в области кристаллизации сакиита на уровне пятикомпонентного состава, построенная методом трансляции.

На рис. 1 представлена схематическая [8] диаграмма фазовых равновесий (фазового комплекса) шестикомпонентной системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Q-H2O при 50°С в области кристаллизации сакии-та (MgSO4•6H2O) на уравне пятикомпонентного состава. На рис. 1 отражено взаимное расположение дивариантных полей двунасыщения, кривые тринасыщения, проходящие между ними и пятерные нонвариантные точки. Равновесные твердые фазы пятерных нонвариантных точек приведены выше. Моновариантные кривые, проходящие между пятерными нонвариантными точками, характеризуются следующими равновесными твёрдыми фазами:

-Е195 = Ас + Лео + Ск;

Е65- Е95 = Ас + Пг + Ск; Е

Е65 Е61 = Лео + Пг + Ск; Е

Е95- Е705 = Ан + Пг + Ск; Е

Е195 Е61 = Ла + Лео + Ск; Е

Е23 Е575 = Ки + Лев + Ск; Е

Е295 Е50 = Ас + Лев+Ск; Е

Е575 Е675 = Ан + Ки + Ск; Е

Е675 Е70 = Ан + Ла + Ск;

Е505 = Ан + Ас + Ск;

19

Е295 = Ас + Ла + Ск;

23

23

50

Е295 = Ла + Лев + Ск;

Еб75 = Ки + Ла+ Ск;

3575

-Е575 = Ан + Лев + Ск;

Е705 = Ла + Пг + Ск.

Трансляция пятерных нонвариантных точек на уровень шестикомпонентного состава приводит к образованию следующих шестерных нонвариантных точек с соответствующими равновесными твердыми фазами:

Е95 + Е7 5

Е235 + Е575 + Еб 5

9 235

295 2б5

Е295 + Е5 5

70

З575

505

-195

-67

Еб5 + Е195 + Еб15

Е1 = Ан + Ас + Ла + Пг + Ск; Е86 = Ан + Ки + Ла + Лев + Ск; Ец6 = Ан + Ас + Ла + Лев + Ск; Е246 = Ас + Ла + Лео + Пг + Ск.

Ег— Е*:

Е! г

\

Е:

Ч- ¡4

-Ей*

\

Е«*

ТЕя5

Ег:

V Ей*

г.

N.

✓ У ч >1 "А

Л

N. у

Е3*

Рис. 2. Схематическая совмещенная диаграмма фазового комплекса системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации сакиита на уровнях пяти - шестикомпонентного составов, построенная методом трансляции.

5

9

5

5

5

5

5

61

Таблица

Равновесные твёрдые фазы и контуры дивариантных полей системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Q-H2O при 50°С в области кристаллизации сакиита (MgSO4•6H2O)

Равновесные твёрдые фазы полей Контуры попей на диаграмме (рис. 2) Равновесные твёрдые фазы полей Конт>гры полей на диаграмме (рис. 2)

Ас-Пг-Ск Р5 Е |----- & Е? Ла+Лев+Ск Р5 ь2 9 Еб И

Ас+Лео+Ск г? я N Ки+Лев+Ск пй К

^57

Лео+Пг+Ск Ей 24 N Ки+Ла+Ск г?й К

ЬЙ7

Ан+Ас+Ск Р5 -- :5 ^ рб -■1 Е11 Ас+Лев+Ск Р5 * 29 * п5 И К

с50 ^50

Ан+Пг+Ск р5 рб ^ Г.-] А р^ 1 70 Ан+Лев+Ск 1/5 рй Е57 Ее

Ас+Ла+Ск р5 рб Ан-Кн+Ск Р5 п5 рй К

п29 ГЧ I ■с,67

Ла+Лео+Ск _____ [75 ;б N Ла+Ан-Ск р5 д-рб ^ т 7й

Е61 ^7(1 ^ *

Ла+Пг+Ск =бГ-----1 Е70 -44 ■J1

На основании этих данных построена совмешенная (для уровней пяти - и шестикомпонентно-го составов) схематическая диаграмма фазовых равновесий (фазовый комплекс) системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации сакиита (MgSO4•6H2O), которая представлена на рис. 2. На совмещенной схематической диаграмме (рис. 2.) тонкие сплошные линии обозначают моновариантные кривые уровня пятикомпонентного состава и они проходят между пятерными нонвариантными точками. Пунктирные и полужирные сплошные линии обозначают моновариантные кривые уровня шестикомпонентного состава. Первая из них образована при трансляции пятерной нонвариантной точки на уровень шестикомпонентного состава (направление трансляции указано стрелкой). Их фазовый состав осадков идентичен фазовому составу транслированных пятерных точек. Моновариантные кривые, обозначенные полужирными линиями, проходят между шестерными нонвариантными точками и для них характерен следующий фазовый состав осадков:

Е16 Е„6 = Ан+Ас+Ла+Ск; Е16 Е246=Ас+Ла+Пг+Ск.

Е86 Е„6 = Ан+Ла+Лев+Ск;

Для удобства чтения построенной диаграммы она фрагментирована по дивариантным полям, перечень и равновесные твердые фазы которых, представлены в таблице.

Таким образом, установлено, что сакиит (MgSO4•6H2O) как равновесная фаза участвует в формировании 4-х нонвариантных точек, 13 моновариантных кривых и 15 дивариантных полей системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С. На основании полученных данных впервые построен фрагмент фазового комплекса исследованной системы при 50°С в области кристаллизации сакиита (MgSO4•6H2O).

Поступило 19.05.2017

ЛИТЕРАТУРА

1. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев: Нау-кова думка, 1982, 264 с.

2. Горощенко Я.Г. Солиев Л. Основные направления в методологии физико-химического анализа сложных и многокомпонентных систем (к 125-летию Н.С.Курнакова). - Журнал неорганической химии АН СССР, 1987, т. 32, №7, с. 1676-1681.

3. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водно-солевых систем методом трансляции. - М., 1987, 28 с. Деп. в ВИНИТИ АН СССР 20.12.87 г., № 8950-В87.

4. Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю.Я. Основы физико-химического анализа. - М.:Наука, 1976, 503 с.

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

6. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции. (кн. 2) - Душанбе: «Шучоиён», 2011, 147 с.

7. ^лиев Л. Фазовые равновесия в нонвариантных точках системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С. ДАН РТ, 2009. т. 52, № 8, с. 613-618.

8. Солиев Л. Схематические диаграммы фазовых равновесий многокомпонентных систем. - Журнал неорганической химии АН СССР, 1988, т.33, № 5, 1305-1310 с.

Л.Солиев

СОХТОРИ КОМПЛЕКСИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O БАРОИ ХДРОРАТИ 50°С ВА ^УДУДИ КРИСТАЛЛИЗАТСИЯИ САКИИТ

(MgSO4-6H2O)

Донишго^и давлатии омузгории Тоцикистон ба номи С.Айни

Бо усули транслятсия мувозинатхои фазагии системаи Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O дар харорати 50°С ва худуди кристаллизатсияи сакиит (MgSO4-6H2O) омухта шудааст. Мукаррар карда шудааст, ки сакиит хамчун фазаи мувозинатии ин система дар харорати 50°С дар ташак-кулёбии 4 нуктахои нонвариантй, 13 хатхои моновариантй ва 15 майдонхои дивариантй ширкат меварзад. Дар асоси далелхои ба даст овардашуда маротибаи аввал фрагменти диаграммаи комплекси фазагии системаи Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O дар харорати 50°С ва худуди кристалли-затсияи сакиит сохта шудааст.

Калима^ои калиди: диаграмма, система, фаза, мувозинат, сакиит, нуцта^ои нонвариантй, хатхои моновариантй, майдощои дивариантй.

L.Soliev

STRUCTURE OF A PHASE COMPLEX TO SIXCOMPONENT OF SYSTEM Na,K,Mg,Ca // SO4,Cl-H2O AT 50°С IN AREA CRYSTALLIZATION OF SAKIIT

(MgSO4-6H2O)

S.Ainy Tajik State Pedagogikal Unversity

By method of compilation of phase balance of system Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O at 50°С in area crystallization of sakiit (MgSO4-6H2O) are investigated. Is established that as the equilibrium phase of the investigated system at 50°С participates in formation 4 invariant of points, 13 monoalternative curves and 15 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°С in area crystallization of sakiit.

Key words: diagram, system, phase, balance, sakiit, invariant point, monoalternative curve, divariant of a field.