СТРОЕНИЕ ФАЗОВОГО КОМПЛЕКСА СИСТЕМЫ NA,K,CA//SO4,CI-H2O ПРИ 0°С Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2018, том 61, №5_

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 541.123.7.

Л.Солиев, А.Холмуродов

СТРОЕНИЕ ФАЗОВОГО КОМПЛЕКСА СИСТЕМЫ Ка,К,Са/^04,0-Н20 ПРИ 0°С

Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни

(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 02.03.2018 г.)

Методом трансляции исследовано строение фазового комплекса системы Na,K,Ca//SO4,CI-H2O при 0°С. Установлено, что для неё при этой температуре характерно наличие 15 дивариант-ных полей, 15 моновариантных кривых, 5 нонвариантных точек. Впервые построена замкнутая фазовая диаграмма исследованной системы и фрагментирована по дивариантным полям.

Ключевые слова: система, метод трансляции, фазовая диаграмма, моновариантные кривые, дива-риантные поля, нонвариантные точки.

Система №,К,Са//804,С1-Н20 является одной из пятикомпонентных систем, составляющих шестикомпонентную систему Na,K,Mg,Ca//S04,CI-H20, закономерности фазовых равновесий в которой определяют условия кристаллизации солей из морской воды и галургической переработки морских рассолов, морских соляных отложений. Анализ литературы [1] показывает, что данная пятикомпонентная система при 0°С не исследована.

В данной статье рассматриваются результаты исследования строении фазового комплекса системы Na,K,Ca//S04,CI-H20 при 0°С методом трансляции [2], который вытекает из принципа совместимости элементов строения п и п+1 компонентных систем в одной диаграмме [3]. Пятикомпонентная (п+1) система Na,K,Ca//S04,CI-H20 включает четырёхкомпонентные (п) системы : Na2S04 - ^04 - CaS04 - Н20; №0 - Ка - Caа2 - Н20; №,К//504,С1 - Н20; Na,Ca//S04,CI-H20 и К,Са//504,С1 - Ш0, для которых методом растворимости [1] и трансляции установлены следующие четверные нонвариантные точки с характерными для них равновесными твёрдыми фазами при 0°С (табл. 1).

Адрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло, Холмуродов Афзалшох. 734003, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр.Рудаки, 121, Таджикский государственный педагогический университет. Е-maiI: SoIiev.LutfuIIo@уаndex. сom

Таблица 1

Равновесные твердые фазы нонвариантных точек системы №,К,Са/^04,С1-Н20 при 0°С

на уровне четырёхкомпонентного состава

Система Но нвар нант ные Равновесные

точки твёрдые фазы

Ка^Од - К-БО4 -Са804 - Н2О Е? Ар+Гз+Гп

Е^ Гз+Гп+Мб

NaCI - КС1 - СаСЬ - Н20 Ез Га+Си+Са*6

Ш;К//804;С1-НЮ Е| Га+Мб+Си

Е" 5 Ар+Гз+Си

Гз+Мб+Си

Ка;Са//804;С1-Н:0 Га+Гп+Мб

Га+Гп+Са-6

К;Са//804;С1-Н;0 р4 Ар+Гп+Си

Е4 Гп+Си+ Са-6

В табл.1 и далее Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим компонентность системы, а нижний индекс является порядковым номером точки. Приняты следующие условные обозначения равновесных твёрдых фаз: Ар-арканит К2804, Гп-гипс Са804-2Н2О; Гз-глазерит 3К2804 - №2804; Мб-мирабилит №2804-10 Н2О, галит №С1; Си-силвин КС1, Са 6 - СаСЬ-Н20

Са304

Рис.1. Солевая часть диаграммы фазового комплекса системы Na,K,Ca//SO4,CI-H2O при 0°С на уровне четырёхкомпонентного состава в виде «развёртки» призмы, построенная на основании данных табл.1.

Как видно из рис.1, многие соли являются равновесными твёрдыми фазами нескольких четырёхкомпонентных систем и на диаграмме поля их кристаллизации находятся рядом. Их необходимо будет объединять, чтобы унифицировать строение диаграммы, тогда мы получим схематическую [6] диаграмму рис.2 фазового комплекса исследуемой пятикомпонентной системы на уровне четырехкомпонентную состава, которая затем будет служить основой (матрицей) для нанесения на неё геометрических образов уровня пятикомпонентного состава.

е;

Мб

Гз

Ар

Е4

7

Е1

-Е4

Е4

Га

Си

К

Е4 10

Са-6

Е5

Е4 Гп

Е4

Е4

7

Е4

Е4

11 К)

Рис. 2. Схематическая диаграмма фазового комплекса системы №,К,Са/^04,С1-Ш0 при 0°С

на уровне четырехкомпонентного состава.

На построенной диаграмме (рис.2) отражены все возможные фазовые равновесия геометрических образов (поля, кривые, точки) уровня четырехкомпонентного состава пятикомпо-нентной системы Na,K,Ca//S04,CI-H20 при 0оС и их взаимное расположение. Фазовый состав осадков дивариантных полей (поля кристаллизации индивидуальных равновесий твердых фаз) приведен на рис.2. Фазовый состав осадков четверных нонвариантных точек приведен в табл.1. Моновариантные кривые, проходящее между четверными нонвариантными точками, характеризуются следующим фазовым составом осадков:

вi е!

Е2

Е| Е£

Е^ Ет

Ез=Гз+Гп; ■■1

Ед=Ар+Гп; Е^ = Мб+Гп; Ед=Га+Са*6; Е^ = Мб+Си; ЕЙ=Гз+Си;

Ед = Га + 1 п;

Е^

Щ

Еч

Е| Е*

Е| Ед

I \ '1-

Ар+Гз;

-Е+= Гз +М6;

Е^=Га +Си;

Е1о= Си + Са-6; Е*= Га+Мб; Е^= Ар+ Си; Е?п = Гп+ Са-6:

Ю"

Е^0= Гп+ Си.

Добавление пятого компонента в любой из пяти четырехкомпонентных систем сопровождается трансформацией их геометрических образов с последующей трансляцией (переносом) их на уровень пятикомпонентного состава. Трансформированные и транслированные геометрические образы на уровне пятикомпонентного состава, взаимно пересекаясь, с соблюдением правила фаз Гиббса [7], формируют геометрические образы этого уровня компонентности. Например, прцесс трансформации и трансляции четверных нонвариантных точек на уровень пятикомпонентного состава математически можно выразить так:

Е^ + + Е^ ----------> Е15 =Ар+Гз+Гп+Си;

Е$ + Е%--------------Е25 =Ез+Еп+Мб+Си;

Е^+Е4---------------► Ез5=Еа+Мб+Си+Са*6;

Ез+Е1о---------------Е45 =Еа+Еп+Си+ Са*6;

Е^+Си--------------► Е55 =Га+Гп+Мб+Си

Графический вариант трансляции четверных нонвариантных точек на уровень пятикомпонентного состава, с формированием геометрических образов этого уровня и взаимосвязи между ними показан на рис. 3.

Рис.3. Совмещенная диаграмма фазового комплекса системы Na,K,Ca//SO4,CI-H2O при на уровнях четырех- пятикомпонентного составов, построенная методом трансляции.

На рис. 3 совмещены элементы строения диаграммы исследуемой системы при 0оС на уровнях четырёх - и пятикомпонентного составов. В частности, тонкие сплошные линии обозначают моновариантные кривые уровня четырехкомпонентного состава (они проходят между четверными нонвариантными точками). Полужирные сплошные линии являются моновариантными кривыми уровня пятикомпонентного состава. Пунктирные линии со стрелками также являются моновариантными кривыми уровня пятикомпонентного состава. Они образованы в результате трансляции четверных нонвариантных точек на уровень пятикомпонентного состава. Их фазовый состав осадков идентичен фазовому составу транслированных четверных точек (табл.1), а стрелки указывают на направления трансляции.

Для моновариантных кривых, проходящих между пятерными нонвариантными точками (рис. 2), характерен следующий фазовый состав осадков:

Ei5 - Е25 =Гз+Гп+Си; Е25 - Е55 = Гп+Мб+Си;

Е35 - Е45 =Га+Си+Са^6; Е33 -Е55 = Га+Мб+Си;

Е44- Е55 =Га+Гп+Си.

Для удобства чтения построенной совмещенной диаграммы фазового комплекса системы Na,K,Ca//SO4,CI-H2Ü при 0°С (рис. 2) её можно фрагментировать по дивариантным полям (табл. 2).

Анализ строения фазового комплекса системы Na,K,Ca//SÜ4,CI-H2Ü при 0°С, построенного методом трансляции (рис. 3), с изотермами 25 и 500С [8,9], показывает, что для неё, при этих температурах, характерно следующее количество геометрических образов на уровнях че-тырехкомпонентного (А) и пятикомпонентного (Б) составов (табл.3).

Таблица 2

Равновесные твердые фазы и контуры дивариантных полей системы

№,К,Са/^04,С!-Н20 при 0оС

Равновесные

твердые фазы полей

Контуры полей на диаграмме (рис. 2)

Равновесные

твердые фазы полей

Контуры полей на диаграмме (рис.3)

Гз + Гп

Ар+Гп

Мб+Гп

Га+Са^6

Мб+Си

Гз+Си

Га+Гп

Гп+Си

Е14

■ ► Е15

щ ■

Е14

Е94-Е24

>Е25

Е74 Ез4

Е84

Еу4

.Е1

• Е55

Е84------Е45

п 4 ,-5 .-5 Ед---► Е1- Е2

4 5 5

Е10---► е4 — е5

Ар+Гз

• Е25 ► Е15

Гз+Мб

Га+Си

- Е55

• ►Ез5

Си+Са^6

• ► Е45

р 4 р 5 р 5 Е4 ---► Е^^— Е5

Га+Мб

Ар+Си

Га+Са^6

Е1 ■

Е15 4.

Е54

Е24

Е25

Еб4 .

■ ► Е3 ▲

5

Ез5

Е44

Ез4

Е104----Е45

■ ► Е55

■

▲

Е84

Е45

10

4

Е

3

4

Е

4

4

5

4

Е

Е

Е

6

2

у

4

4

Е

Е

5

5

4

5

4

Е

Е

Е

6

2

д

4

Таблица 3

Количество геометрических образов системы №,К,Са/^04,С1-Н20 при 0, 25 и 50°С,

обнаруженных методом трансляции

Геометрические образы Изотермы, °С

0 25 50

Дивариантные поля 15 23 28

Моновариантные кривы 15 20 24

Нонвариантные 5 12 8

Поступило 05.03.2018 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. - СПб.: Химиздат, 2004, т. 2, кн. 1-2, 1248 с.

2. 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., № 8990-В 87.

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

4. Солиев Л., Гуломзода Н., Джумаев М.Т. Фазовый комплекс системы Na,Ca//SO4,CI-H2O при 0 и 25°С. - Мат-лы III Всеросс. молодежной науч. конф. с междунар. участием «Экологобе-зопасные и ресурсосберегающие технологии и материалы». - Россия, Улан-Удэ, 18-20 мая 2017 г., Изд-во БНЦ СО РАН, с. 91-94.

5. Солиев Л., Тошов А., Холмуродов А. Фазовые равновесия в системе Na,Ca//SO4,CI-H2O при 0°С. - Вестник Таджикского национального университета. Сер. естеств. науки, 2017, № 3, с. 218-221

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

7. Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю.Я. Основы физико-химичес- кого анализа. - М.: Наука, 1976, 503 с.

8. Солиев Л. Фазовые равновесия в системе Na,К,Са//SO4,СI-H2O при 0°С . - Укр. хим. ж., 1985, т.51, №3, с. 251-254.

9. Солиев Л. Фазовые равновесия в системе Na,К,Са//SO4,СI-H2O при 55°С. - Укр.хим. ж., 1990, т.56, №7, с. 688-692.

Л.Солиев, А.Холмуродов

СОХТОРИ КОМПЛЕКСИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ Ка,К,Са//804,а-Н20

ДАР ХДРОРАТИ 0°С

Донишго^и давлатии омузгории Тоцикистон ба номиС.Айни

Бо усули транслятсия сохтори комплекси фазагии системаи Na,K,Ca//SO4,CI-H2O барои

дарорати 0°С омухта шудааст. Мукаррар карда шудааст, ки диаграммаи сохташуда дар

дарорати 00С аз 5 нуктадои нонвариантй, 15 хатдои моновариантй ва 15 майдондои дивариантй иборат аст. Дар асоси далелдои ба даст овардашуда диаграммаи мувозинатдои фазагии систе-маи омухташуда, барои дарорати 00С, сохта шудааст.

Калима^ои калиди: система, усули транслятсия, мувозинатхои фазагй, хатуои моновариантй, майдощои дивариантй, нуцта^ои нонвариантй.

L.Soliev, A.Holmurodov PHASE BALANCES OF Na,K,Ca//SO4,Ci-H2O SYSTEM IN 0°C

S.Ainy Tajik State Pedagogical University

Phase balances of Na,K,Ca//SO4,CI-H2O system 0°C it is established takes part as one of the phases thet are in balance system in 0°C in formation of 5 nonvariants points, 15 lines of monovariants and 15 squares of divariants on the basis of the received evidences, it is the first time thet the fragment of phase balances diagramed of the studied system is studied.

Key words: system, translation method, phase balances, monovariant diagrams, divariants squares, nonvariants points.