Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Химия. Биология. Экология

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)

Для цитирования:

Гаркушин И. К., Лаврентьева О. В., Штеренберг А. М. Древо фаз, прогноз кристаллизующихся фаз и описание химического взаимодействия в системе KCl–CaCl2–BaCl2 // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2022. Т. 22, вып. 3. С. 282-291. DOI: 10.18500/1816-9775-2022-22-3-282-291

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 128)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Химия
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
544.01+544-971:546.131
DOI: 
10.18500/1816-9775-2022-22-3-282-291

Древо фаз, прогноз кристаллизующихся фаз и описание химического взаимодействия в системе KCl–CaCl2–BaCl2

Авторы: 
Гаркушин Иван Кириллович, Самарский государственный технический университет
Лаврентьева Ольга Владимировна, Самарский государственный технический университет
Штеренберг Александр Моисееваич, Самарский государственный технический университет
Аннотация: 

Приводится построение древа фаз тройной системы с тремя двойными соединениями KCaCl3, K2BaCl4, CaBaCl4. Древо фаз включает четыре вторичных фазовых треугольника CaCl2–KCaCl3–СаBaCl4, CaBaCl4–KCaCl3–BaCl2, KCaCl3–BaCl2–K2BaCl4 и KCaCl3–CaBaCl4–KCl, соединяющихся между собой тремя стабильными секущими KCaCl3–СаBaCl4, KCaCl3–BaCl2, KCaCl3–K2BaCl4. Кристаллизующиеся фазы в стабильных и секущих элементах соответствуют вершинам симплексов. Наличие двойных соединений на смежных сторонах треугольника составов позволило выявить кроме реакций присоединения – реакции взаимного обмена. Проведено описание основных реакций для смесей, отвечающих точкам пересечения нестабильных и стабильных секущих, возможность протекания которых подтверждена термодинамическим расчетом тепловыхэффектов и энергий Гиббса для стандартныхусловий. С использованием построенного древа фаз для любыхсмесей в треугольнике составов, включающих 2…6 солей, проведено описание химического взаимодействия методом ионного баланса, позволяющим определить конечный состав после реакции в секущем или стабильном элементе. Сложные брутто-реакции представлены в виде набора более простых уравнений реакций. Предложенная методика описания химического взаимодействия может быть использована на других типах тройных систем с реакциями обмена (метатезиса) – с ионообменными процессами и с реакциями вытеснения.

Ключевые слова: 
тройная система
древо фаз
кристаллизующиеся фазы
стабильные секущие
нестабильные секущие
химическое взаимодействие
хлорид калия
хлорид кальция
хлорид бария
реакции метатезиса
Список источников: 
  1. Patrov B. V., Bushunova M. V., Polous V. A., Barannik I. A. Surface-tension of melts in the NaCl-KCl-MgCl2- CaCl2-BaCl2-CaF2 system, used for dispersion of magnesium // J. of Applied Chemistry of the USSR. 1983. Vol. 56, № 3. P. 492–495.
  2. Zuca S., Olteanu M. Electrical-conductivity of certain charge-unsymmetrical fused chloride systems KCl-CaCl2, KCl-SrCl2, KCl-BaCl2 // Revue Roumaine de Chimie. 1975. Vol. 20, № 4. P. 449–458.
  3. Chartrand P., Pelton A. D. Thermodynamic evaluation and optimization of the LiCl-NaCl-KCl-RbC1-CsC1- MgCl2-CaCl2-SrC2-BaCl2 system using the modifi ed quasichemical model // Canadian Metallurgical Quarterly. 2001. Vol. 40, № 1. P. 13–32.
  4. Комелин И. М., Лысенко А. П. Взаимодействие солевых расплавов магниевого производства с атмосферным воздухом // Известия вузов. Цветная металлургия. 2019. № 2. P. 13–25. https://doi.org/10.17073/0021- 3438-2019-2-13-25
  5. Shin J. H., Park J. H. Effect of halide fl ux on physicochemical properties of MgCl2-Based molten salts for accelerating zirconium production: Thermodynamic assessment // Metallurgical and Materials Transactions E-Materials for Energy Systems. 2016. Vol. 3, № 3. P. 218–226.
  6. Chartrand P., Pелтон A. D. Thermodynamic evaluation and optimization of the LiCl-NaCl-KCl-RbC1-CsC1- MgCl2-CaCl2-SrC2-BaCl2 system using the modifi ed quasichemical model // Canadian Metallurgical Quarterly. 2001. Vol. 40, № 1. P. 13–32.
  7. Chartrand P., Pеlton A. D. Thermodynamic evaluation and optimization of the LiCl-NaCl-KCl-RbCl-CsClMgCl2-CaCl2-SrCl2 system using the modifi ed quasichemical model // Canadian Metallurgical Quarterly. 2000. Vol. 39, № 4. P. 405–420.
  8. Chartrand P., Pеlton A. D. Thermodynamic evaluation and optimization of the Li, Na, K, Mg, Ca, F, CI reverse system using the modifi ed quasichemical model // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2001. Vol. 32, № 6. P. 1417–1430.
  9. Neil D. E., Klark H. M. Thermodynamic properties of melted solutions MgCl2-KCl, MgCl2-NaCl и MgCl2- KCl-NaCl // J. of Chemical and Engineering Data. 1965. Vol. 10, № 1. P. 21–24.
  10. Robelin C., Chartrand P., Pelton A. D. Thermodynamic evaluation and optimization of the (MgCl2 + CaCl2 + MnCl2 + FeCl2 + CoCl2 + NiCl2) system // J. of Chemical Thermodynamics. 2004. Vol. 36, № 9. P. 793–808.
  11. Robelin Ch., Chartrand P., Eriksson G. A density model for multicomponent liquids based on the modified quasichemical model: Application to the NaCl-KClMgCl2-CaCl2 system // Metallurgical and Materials Transactions B. 2007. Vol. 38B. P. 869–879.
  12. Sangster J., Pelton A. D. Thermodynamic calculation of phase diagrams of 60 common-ion ternary systems with ordinary ions containing cations Li, Na, K, Rb, Cs and anions F, Cl, Br, I // J. of Phase Equilibria 1991. Vol. 12, № 5. P. 511–537.
  13. Sangster J., Pelton A. D. Phase diagrams and thermodynamic properties of 70 binary alkaline-halide systems containing common ions // J. Phys. Chem. Ref. Data. Vol. 16, № 3. P. 509–561.
  14. Takagi R., Tomita M. Structure of the molten NaClMgCl2 // Zeitschrift für Naturforschung. 1993. Vol. 48a. P. 1239–1242.
  15. Wang S. L., Zhang F. S., Liu X., Zhang L. J. CaO solubility and activity coeffi cient in molten salts CaCl2-x (x = 0, NaCl, KCl, SrCl2, BaCl2 and LiCl) // Thermochimica Acta. 2008. Vol. 470. P. 105–107.
  16. Гаркушин И. К., Кондратюк И. М., Дворянова Е. М., Данилушкина Е. Г. Анализ, прогнозирование и экспериментальное исследование рядов систем из галогенидов щелочных и щелочноземельных элементов. Екатеринбург : УрО РАН, 2006. 148 с.
  17. Спицын В. И. Оксидные бронзы. М. : Наука, 1982. 192 с.
  18. Коровин Н. В. Электрохимическая энергетика. М. : Энергоатомиздат, 1991. 264 с.
  19. Делимарский Ю. К., Барчук Л. П. Прикладная химия ионных расплавов. Киев : Наук. думка, 1988. 192 с.
  20. Баталов Н. Н. Высокотемпературная электрохимическая энергетика. Успехи и проблемы // XI Междунар. конф. по физ. химии и электрохимии расплавленных твердых электролитов: тез. докл. : в 2 т. Екатеринбург : УрО РАН, 1998. Т. 1. С. 3–4.
  21. Castrillejo Y., Martinez A. M., Haarberg G. M., Bmreseq B., Osen K. S., Tunold R. Oxoacidity reactions in equimolar molten CaC12-NaCl mixture at 575°C // Electrochimic Acta. 1997. Vol. 42, № 10. P. 1489–1494.
  22. Rosenthal M. W., Bettis E. S., Briggs R. B., Grimes W. R. Advances in the development of molten-salt breeder reactors // Peaceful Uses of Atomic Energy. Vien na : International Atomic Energy Agence, 1972. Vol. 5. P. 225–237.
  23. Воронкова Е. М., Гречушников Б. И., Дистлер Г. И., Петров И. П. Оптические материалы для инфракрасной техники: справочное издание. М. : Наука, 1965. 335 с.
  24. Посыпайко В. И., Алексеева Е. А. Диаграммы плавкости солевых систем. Ч.4. Тройные системы / под ред. В. И. Посыпайко, Е. А. Алексеевой. М. : Химия, 1977. 328 с.
  25. Терминология физико-химического анализа / под ред. Н. Т. Кузнецова. М. : ЛЕНАНД, 2017. 48 с.
  26. Трунин А. С. Комплексная методология исследования многокомпонентных систем. Самара : СамГТУ, 1997. 308 с.
  27. Сечной А. И., Гаркушин И. К. Фазовый комплекс многокомпонентных систем и химическое взаимодействие : учеб. пособие. Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 1999. 116 с.
  28. Термические константы веществ. Вып. IX / под ред. акад. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ. 1981. 574 с.
  29. Термические константы веществ. Вып. X / под ред. акад. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ, 1981. 441 с.
  30. Рябин В. А., Остроумов М. А., Свит Т. Ф. Термодинамические свойства веществ : справочник. Л. : Химия. Ленингр. отд-ние, 1977. 392 с.
  31. Бухалова Г. А. Исследование многокомпонентных безводных систем с комплексообразованием : дис. … д-ра хим. наук. Ростов-на-Дону, 1969. 311 с.
  32. Посыпайко В. И., Алексеева Е. А. Диаграммы плавкости солевых систем. Ч. 1. Двойные системы с общим анионом / под ред. В. И. Посыпайко, Е. А. Алексеевой. М. : Металлургия, 1977. 416 с.
  33. Воскресенская Н. К., Евсеева Н. Н., Беруль С. И., Верещагина И. П. Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей : в 2 т. Т. 1: Двойные системы / под общ. ред. Н. К. Воскресенской. М. : Изд-во АН СССР, 1961. 848 с.
  34. Сечной А. И., Гаркушин И. К., Трунин А. С. Дифференциация четырехкомпонентной системы из шести солей Na, K, Ca || Cl, MoO4 и схема описания химического взаимодействия // Журн. неорг. химии. 1988. Т. 33, вып. 3. С. 752–755.
  35. Посыпайко В. И., Штер Г. Е., Васина Н. А. Практическое применение конверсионного метода анализа при исследования пятикомпонентной взаимной системы из девяти солей Na, K, Ba || F, MoO4, WO4 // Докл. АН СССР. 1976. Т. 228, вып. 3. С. 613–618.
  36. Посыпайко В. И., Тарасевич С. А., Алексеева Е. А. Прогнозирование химического взаимодействия в системах из многих компонентов. М. : Наука, 1984. 216 с.
  37. Посыпайко В. И. Методы исследования многокомпонентных систем. М. : Наука, 1978. 255 с.
  38. Радищев В. П. Многокомпонентные системы. М. : ИОНХ АН СССР, 1963. 502 с. Рукопись деп. в ВИНИТИ № 15616-63Деп.
  39. Garkushin I. K., Burchakov A. V., Sukchsrenko M. A. Chemical Interactions in Na+, Sr2+ || Cl–, MoO4 2–, WO4 2– Reciprocal Systems: Description and Study // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2020. Vol. 65, № 29. P. 1398–1406.
  40. Афиногенов Ю. П., Гончаров Е. Г., Семенова Г. В., Зломанов В. П. Физико-химический анализ многокомпонентных систем : учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М. : МФТИ, 2006. 332 с.
  41. Курнаков Н. С. Избранные труды : в 3 т. М. : Изд-во АН СССР, 1960.
  42. Lupeiko T. G., Tarasov N. I. and Zyablin V. N. Parametric Design of Fusion Diagrams and Solubility of Phases // Inorganic Materials. 2003. Vol. 39. Suppl. 1. P. 11–24.
  43. Лупейко Т. Г., Тарасов Н. И., Зяблин В. Н. Фактор фазы в параметрическом дизайне поверхности первичных кристаллизаций двойных и тройных взаимных систем // Журн. неорг. химии. 2001. Т. 46, № 7. С. 1195–1197.
  44. Лупейко Т. Г., Тарасов Н. И., Зяблин В. Н. Фактор фазы в параметрическом дизайне поверхности первичных кристаллизаций двойных и тройных взаимных систем // Журн. неорг. химии. 2002. Т. 47, № 8. С. 1340–1343.
  45. Лупейко Т. Г., Тарасов Н. И., Зяблин В. Н. Тройные взаимные системы и их диагональные сечения в параметрическом пространстве (n,p) // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. техн. науки. 2001. № 4. С. 21–25.
  46. Лупейко Т. Г., Тарасов Н. И., Зяблин В. Н. Параметрический дизайн тройных взаимных систем // Журн. неорг. химии. 2002. Т. 48, № 9. С. 1532–1535.
  47. Лупейко Т. Г., Тарасов Н. И., Зяблин В. Н. Моделирование фазовых систем. Ростов-на-Дону : Изд-во ЮФУ, 2010. 176 с.
Поступила в редакцию: 
18.02.2022
Принята к публикации: 
14.03.2022
Опубликована: 
30.09.2022