Фазовое равновесие в системе NaF-NaCl-KVO3

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

6 ••• ИзвестияДГПУ, № 4, 2015
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 544. 016
ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ NaF-NaCl-KVO3 PHASE EQUILIBRIUM IN NaF-NaCl-KVO3 SYSTEM
© 2015 Гаматаева Б. ЮЛ2, Баймурзаева З. И. 1, Гаматаев Т. Ш. 12,
Гасаналиев А. МЛ2, Салпагарова З. И. 3
Дагестанский государственный педагогический университет 2НИИ общей и неорганической химии ДГПУ 3Карачаево-Черкесский государственный университет имени У. Д. Алиева
© 2015 Gamataeva B. Yu. 12, Baimurzaeva Z. I. 1, Gamataev T. Sh. 12,
Gasanaliev А. М. 12, Salpagarova Z. I. 3
1Dagestan State Pedagogical University 2SRI of General and Inorganic Chemistry DSPU 3U. D. Aliev Karachay-Cherkess State University
Резюме. Методами термического анализа, в частности дифференциально-термического (ДТА), визуально-политермического (ВПА) и синхронно-термического анализа (СТА), впервые исследована трехкомпонентная система NaF-NaCl-KVO3, являющаяся стабильным секущим треугольником четверной взаимной системы Na, K//Cl, F, VO3. Определены характеристики нонвариантной точки эвтектического характера, построена диаграмма состояния системы.
Abstract. By the methods of thermal analysis, in particular of the differential-thermal (DTA), visual-polythermal (VPA) and synchronous-thermal analysis (STA) the authors of the article studied the NaF-NaCl-KVO3 three-component system, which is a stable secant triangle of Na, K//Cl, F, VO3 quadruple mutual system. They also determined the features of the non-variant points, built the diagram of the system state.
Rezjume. Metodami termicheskogo analiza v chastnosti dijferencial'-no-termicheskogo (DTA), vi-zual'-no-politermicheskogo (VPA) i sinhronno-termicheskogo analiza (STA), vpervye issledovana tre-hkomponentnaja sistema NaF-NaCl-KVO3, javljajushhajasja stabil'-nym sekushhim treugol'-nikom chetvernoj vzaimnoj sistemy Na, K//Cl, F, VO3. Opredeleny harakteristiki nonvariantnoj tochki jevtek-ticheskogo haraktera, postroena diagramma sostojanija sistemy.
Ключевые слова: эвтектика, фазовая диаграмма, перитектика, фазовое равновесие, диаграмма.
Keywords: eutectics, phase diagram, peritectics, phase equilibrium, diagram.
Kljuchevye slova: jevtektika, fazovaja diagramma, peritektika, fazovoe ravnovesie, diagramma.
Непрерывно возрастающая в последнее время потребность в электроэнергии и проблемы, связанные с охраной окружающей среды, заставляют обращаться к поиску альтернативных источников энергии. Одним из таких источников являются различные по составу солевые композиции.
Многокомпонентные конденсированные системы с участием солей 5- элементов находят широкое практическое применение в качестве расплавленных электролитов для химических источников тока, сред для синтеза монокристаллов и др. [1]. Областями их применения являются бытовая электроника, аккумуляторы для сотовых
телефонов, ноутбуков и других портативных устройств, электромобили, индустриальные транспортные средства, лифты, подъемные краны, субмарины, лодки и т. д. [6, 7]. Трехкомпонентные системы с участием солей кислородсодержащих кислот в комбинации с галогенидами щелочных металлов до сих пор остаются малоизученными и, вследствие этого, перспективны для получения новых составов расплавов, отвечающих точкам нонвариантных равновесий. Нонвариантные смеси солей 5-элементов служат в качестве теплоаккуму-лирующих материалов, поскольку обладают относительно невысокими температурами плавления- во-вторых, выделяют большое количество тепла при фазовом переходе к^ж- в-третьих, эти вещества доступны и имеют сравнительно низкую цену. Также эти ионные расплавы обладают такими ценными свойствами, как высокая электрическая проводимость, возможность работать в широком температурном диапазоне и термическая устойчивость, благодаря которым вызывают большой интерес к использованию. Возможность получения составов с различными свойствами достигается варьированием их компонентного состава, что невозможно без подробного изучения температурных диаграмм.
С целью разработки теплоаккумулиру-ющих материалов для экспериментального исследования нами выбрана трехкомпо-нентная система NaF-NaCl-KVO3, которая является секущим треугольником исследуемой четверной взаимной системы Na, K//Q, F, VO3J и выявлена нами при ее триангуляции.
Экспериментальная часть
Термический анализ процессов фазооб-разования в системе NaF-NaCl-KVO3 проведен следующими методами: визуально-политермическим (ВПА), дифференциально-термическим (ДТА), синхронно-термическим (СТА).
Визуально-политермические исследования осуществлялись в шахтных печах с применением платиновых тиглей. Датчиком температуры образца служила платина-платинородиевая (10% родия) термопара, ее термо-ЭДС измеряли милливольтметром с зеркальным отсчетом М 1109. Холодные спаи термопар термостатировались при 00С в сосуде Дьюара с тающим льдом. Использованы тигли, платиновая мешалка, шахтная электрическая печь с максимальной температурой нагрева 1100−1150°С.
Для записи кривых ДТА применяли установку на базе электронного автомати-
ческого потенциометра КСП-4 с усилителем напряжения Ф-116/1. Градуировку установки проводили по температурам фазовых переходов индивидуальных солей и их эвтектических смесей, рекомендованным в работах [3, 4]. Ошибки эксперимента по методам ДТА и ВПА определялись путем статистической обработки экспериментальных данных и составляли 1% по температуре и 0,10−0,25% по составу.
Синхронный термический анализ осуществляли на установке синхронного термического анализатора, модификации STA 409PC (термоанализатор), выпущенного германской фирмой «NETZSCH» и предназначенного для измерения термодинамических характеристик (температура и энтальпия фазовых переходов, теплоемкость) и регистрации изменения массы твердых и порошкообразных материалов в широком диапазоне температур от +250С до +15 000С.
Синхронный термоанализатор представляет собой измерительный комплекс, в котором объединены функции дифференциального сканирующего калориметра и высокочувствительных аналитических весов. Данный прибор позволяет проводить одновременно в одном эксперименте и на одном образце измерение калориметрических величин при различных термодинамических переходах, измерять температуры этих переходов и регистрировать при этом изменение массы исследуемого образца.
Таблица 1 Характеристика точек пересечений внутренних разрезов системы
Li2W VO4-Li2 W2O7-BaWO4
Исходные Добавочный Равновесные
№ компоненты, компонент, t,°C твердые
мол. % мол. % фазы
1 10 IJ2W2O7 + 9 BaWO4 656 IJ2WO4,
90 IJ2WO4 BaWO4
2 18 U2W2O7 + 8 BaWO4 649 U2WO4,
82 IJ2WO4 BaWO4
3 27 IJ2W2O7 + 7 BaWO4 620 U2WO4,
73 U2WO4 BaWO4
4 37 U2W2O7 + 6 BaWO4 612 U2WO4,
63 U2WO4 BaWO4
5 45 U2W2O7 + 7 BaWO4 620 U2W2O7,
55 U2WO4 BaWO4
6 55 U2W2O7 + 10 BaWO4 710 U2W2O7,
45 U2WO4 BaWO4
7 70 U2W2O7 + 14 BaWO4 765 IJ2W2O7,
30 U2WO4 BaWO4
8 6 BaWO4+ 3 IJ2W2O7 610 U2W2O7,
94U2WO4 U2WO4
8
••• ИзвестияДГПУ, № 4, 2015
Результаты и их обсуждение
Для экспериментального изучения нами выбрана тройная система NaF-NaCl-KVO3, в состав которой входят фоновые электролиты — неорганические растворители (NaF, KCl) и метаванадат калия, являющийся основой матрицы при электролитическом осаждении ванадиевых бронз в виде моно-и поликристаллов микро- и наноразмеров [5].
Характер взаимодействия хлоридов, фторидов и ванадатов в трехкомпонентной системе в расплавах исследован по девяти внутренним разрезам, на основании которых построена ее диаграмма плавкости, очерчены поля кристаллизации фаз. По результатам их изучения выявлены составы и температуры точек, соответствующих пересечению их с моновариантными линиями, ограничивающими поверхности ликвидуса системы (табл. 2). Фазовые равновесия в системе представлены только эвтектиче-
скими процессами. Поверхность кристаллизации системы состоит из трех замыкающихся в эвтектической нонвариантной точке полей, которые принадлежат исходным компонентам. Выявлено, что доминирующее поле кристаллизации принадлежит фториду натрия, что связано с высокой температурой плавления и малой растворимостью. Экспериментальные данные по термическому анализу составов системы №С1-МаР-КУ03 приведены в таблице 1.
Таблица 2
Характеристики нонвариантных точек системы NaF-NaCl-KVO3
НВТ, t Состав, мол. % Равновесные
обозначения пл, 0С NaF NaCl KVO3 твердые фазы
ei 486 6 94 NaF + KVO3
е2 460 25 75 NaCl + KVO3
ез 675 18 82 NaF + NaCl
Е 372 7,5 15 77,5 NaF+ NaCl+ KVO3
NaCl
VI V IV III м 1 КУО
Рис. 1. Проекция поверхности кристаллизации системы NaF-NaCl-KVO3 на треугольник составов
Полученный фактический материал по диаграмме плавкости данной системы может быть использован в целях создания средне- и высокотемпературных (372−9500С) теплоаккумулирующих фазопере-ходных материалов и электролитов для различных электрохимических синтезов.
Изучение физико-химических процессов, протекающих в расплавах многокомпонентных систем (МКС), является основой разработки новых материалов и технологических процессов их получения [2]. Неорганические материалы, содержащие соединения переходных металлов, широко
применяются в современной технике. В частности, они обладают электронной и ионной проводимостью, сегнето- и пьезоэлектрическими свойствами, что позволяет синтезировать на их основе стехио- и не-
стехиометрические соединения, используемые в качестве полупроводниковых, оптических материалов, твердых электролитов и т. д.
Работа выполнена при финансовой поддержке по Госзаданию на 2014 — 2016 гг. (рег. номер проекта № 1847).
Литература
1. Багоцкий В. С., Скундин А. М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.
2. Гасаналиев А. М., Гаматаева Б. Ю. Теплоаккумулирующие свойства расплавов. Махачкала: ИРТЭ, 2000. 270 с. 3. Трунин А. С., Петров Д. Г. Визуально-политермический метод. Куйбышев: Деп. в ВИНИТИ. 06. 02. 1978. № 584. С. 78−94. 4. Уэндланд У. Термические методы анализа / пер. с англ. под ред. В. А. Степанова, В. А. Бернштейна. М.: Мир, 1978. 526 с. 5. Юркинский В. П., Фирсова Е. Г., Афо-ничева Е. В. Электрохимическое оксидирование металла в расплаве LiNO3-NaNO3-KNO3 // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. № 11. С. 1794. 6. Antti Vayrynen / Justin Salminen. Lithium ion batteri producti / Vayrynen Antti, Salminen Justin // Thermodynamics 46. 2012. P. 80−85. 7. Bruno Scrosati. Recent advances in lithium ion battery materials / Scrosati Bruno // Electrochmles. 2000. P. 2461−2466. References & quot-
1. Bagotzky V. S., Skundin A. M. Chemical current sources. M.: Energoizdat, 1981. 360 p. 2. Gasanaliev A. M., Gamataeva B. Yu. Heat-accumulating properties of melts. Makhachkala: IRTE, 2000. 270 p.
3. Trunin A. S., Petrov D. G. Visual-polythermal method. Kuybyshev: Dep. in VINITI. 06. 02. 1978. No. 584. P. 78−94. 4. Wendland W. Thermal methods of analysis / Transl. from English. under the editorship of V. A. Stepanov, V. A. Bernstein. M.: Mir, 1978. 526 p. 5. Yurkinsky V. P., Firsova E. G., Afonicheva E. V. Electrochemical oxidation of metal in molten LiNO3-NaNO3-KNO3 // Russian Journal of applied chemistry. 2003. Vol. 76. #11. P. 1794. 6. Antti Vayrynen / Justin Salminen. Lithium ion batteri producti / Vayrynen Antti, Salminen Justin // Thermodynamics 46. 2012. P. 80−85. 7. Bruno Scrosati. Recent advances in lithium ion battery materials / Scrosati Bruno // Electrochmles. 2000. P. 2461−2466.
Literatura
1. Bagockij V. S., Skundin A. M. Himicheskie istochniki toka. M.: Jenergoizdat, 1981. 360 s. 2. Gasanaliev A. M., Gamataeva B. Ju. Teploakkumulirujushhie svojstva rasplavov. Mahachkala: IRTJe, 2000. 270 s. 3. Trunin A. S., Petrov D. G. Vizual'-no-politermicheskij metod. Kujbyshev: Dep. v VINITI. 06. 02. 1978. № 584. S. 78−94. 4. Ujendland U. Termicheskie metody analiza / per. s angl. pod red. V. A. Stepanova, V. A. Bernshtejna. M.: Mir, 1978. 526 s. 5. Jurkinskij V. P., Firsova E. G., Afonicheva E. V. Jelektrohimich-eskoe oksidirovanie metalla v rasplave LiNO3-NaNO3-KNO3 // Zhurnal prikladnoj himii. 2003. T. 76. № 11. S. 1794. 6. Antti Vayrynen / Justin Salminen. Lithium ion batteri producti / Vayrynen Antti, Salminen Justin // Thermodynamics 46. 2012. P. 80−85. 7. Bruno Scrosati. Recent advances in lithium ion battery materials / Scrosati Bruno // Electrochmles. 2000. P. 2461−2466.
Статья поступила в редакцию 16. 12. 2015 г.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой