научная статья по теме Термодинамика обменных процессов в расплавах системы [K2WO4-KCl]эвт-FeSO4 и синтез на ее основе вольфрамата железа (II) Биология

Текст научной статьи на тему «Термодинамика обменных процессов в расплавах системы [K2WO4-KCl]эвт-FeSO4 и синтез на ее основе вольфрамата железа (II)»

4. ГОСТ 30707-2001. Консервы овощные и фруктовые для профилактического питания. Технические условия. Мн., 2007. 30 с.

5. СТБ 1000-96. Соусы и кетчупы. Общие технические условия. Мн., 2007. 16 с.

6. СТБ 1189-99. Консервы овощные диетические. Общие технические условия. Мн., 2000. 12 с.

7. СТБ 2051-2010. Консервы на овощной основе для детского питания для детей раннего возраста. Общие технические условия. Мн., 2011. 24 с.

8. СТБ 2052-2010. Консервы на фруктовой основе для детского питания для детей раннего возраста. Общие технические условия. Мн., 2011. 20 с.

9. СТБ ИСО 5725-2-2002. Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений. Мн., 2003. 56 с. (Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений).

10. Степанова Е.Л. Анализаторы влажности продукции в лаборатории и на производстве // Партнеры и конкуренты. 2000. № 6. С. 41-42.

11. Химический состав пищевых продуктов. Кн. 1. Справочные таблицы содержания основных пищевых веществ и энергетической ценности пищевых продуктов / Под ред. И.М. Скурихина. М.: Агропроиздат, 1987. 224 с.

ТЕРМОДИНАМИКА ОБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В РАСПЛАВАХ СИСТЕМЫ [К -КС1] -Ее80

1 2 4 J эвт 4

И СИНТЕЗ НА ЕЕ ОСНОВЕ ВОЛЬФРАМАТА ЖЕЛЕЗА (II)

Шурдумов Г.К., Черкесов З.А., Карашаева Д.Р.

Кабардино-Балкарский государственный университет, Нальчик, Россия

На основе результатов термического анализа и термодинамических расчетов в системе [K2WO4-KCl]эвт-FeSO4 осуществлен синтез воль-

фрамата железа (II). Данные химического и рентгенофазового анализов подтвердили чистоту полученных образцов. Установлено, что изученная система может быть положена в основу синтеза высокочистого и высокодисперсного вольфрамата железа (II).

Ключевые слова: термический анализ; термодинамические расчеты; вольфрамат железа (II); химический и рентгенофазовый анализ; синтез высокочистого и высокодисперсного вольфрамата железа (II).

THERMODYNAMICS OF METABOLIC PROCESSES IN MELTS OF THE SYSTEM [K2WO4-KCl]evt-FeSO4 AND SYNTHESIS ON THE BASIS OF A TUNG STATE

OF IRON (II)

Shurdumov G.K., Cherkesov Z.A., Karashaeva D.R. Kabardino-Balkarian state University, Nalchik, Russia

Based on the results of thermal analysis and thermodynamic calculations in the system [K2WO4-KCl]evt-FeSO4 carried out the synthesis of tungstate of iron (II). The data of chemical and x-ray diffraction analysis confirmed the purity of the obtained samples. It is established that the studied system can be the basis for the synthesis of high-purity and superfine tungstate of iron (II).

Keywords: thermal analysis; thermodynamic calculations; tungstate of iron (II); chemical and x-ray analysis; synthesis of high-purity and superfine tungstate of iron (II).

Вольфрамат железа (II), обладая уникальными свойствами, занимает особое место среди всех вольфраматов d-элементов. В частности, FeWO4 широко используется в производстве катализаторов, для получения пигментов, интерметаллидов, а также высокодисперсных композиций [1]. Наряду с этим, FeWO4 используют в качестве восстановителя при синтезе наночастиц вольфрама со стержневидной структурой [2].

В настоящее время существуют различные способы получения воль-фрамата железа (II) [3,4], которые имеют ряд недостатков. Поэтому, разработка новых рациональных способов получения FeWO4, лишенных недостатков гидротермального и твердофазного методов, является актуальной задачей.

Для ее решения в работе использовалась расплавная технология, основанная на обменных процессах в системе [K2WO4-KCl]эвт-FeSO4, представляющая собой разрез внутреннего плоскостного диагонального сечения K2WO4-KQ-FeSO4 четверной взаимной системы К^е// С1^04^04, в которой возможны шесть обменных процессов, три из которых имеют значение для синтеза FeWO4. Для последних в таблице 1 представлены данные по их изобарным потенциалам и константам

равновесия Кр в функции от температуры.

Таблица 1.

Изобарные потенциалы ДG и константы равновесия К обменных

реакций в расплавах систем [K2WO4-KCl]эвт-FeSO

Реакции Уравнение Т,К Д^°т , кДж/ моль К р

1 .к2 WO4 +FeSO4=Fe-WO4+к^о4 ДЮТ=-554,22-0,05002Т+М ДС° Т 0 г р 823 873 923 -595,39 -597,89 -600,39 0,0378 0,0357 0,0339

2.К^О^еС12= Fe-WO4+2KCl ДЮТ=-220,29-0,01352Т+М ДС° Т 5 0 г р 823 873 923 -231,42 -232,09 -232,77 0,0146 0,0138 0,0132

3.2КС1+ FeSO4= FeCl2+ К2^4 ДЮТ=19,66-0,02097Т+М ДС° Т 0 г р 823 873 923 2,4017 1,3532 0,3047 0,00010 0,00008 0,00002

Из данных таблицы 1 видно, что вероятность протекания реакции (1) и (2) велика в отличий от реакции (3). Однако, донором хлорида железа для реакции (2) является реакция (3), т.е. реакции (2) и (3) образуют систему последовательных процессов, конечная вероятность которых определяется реакцией (3) как наименее вероятной. Хотя термодинами-

ческий потенциал реакции (2) величина достаточно большая, на практике она реализуется слабо и формирование FeWO4 в рабочей системе [K2WO4-KCl]эвт-FeSO4 происходит за счет реакции (1). Кроме того, этому способствует термодинамическая запрещенность обменных реакций в системах FeWO4-K2SO4, FeWO4-Ka, FeCl2-K2SO4.

В работе проведен термический анализ системы [К^04-КС1]-FeSO4, который показал, что протяженность ликвидуса по составу ограничивается 26,5 мол. % FeSO4, что свидетельствует о завершении реакции (1), поскольку его мольная доля в исходной смеси реагентов при эквимольном соотношении сульфата железа (II) и вольфрамата калия в ней оценивается именно этим значением. Следовательно, ликвидус системы характеризует процесс преобразования сечения К^04-КС1-FeSO4 четверной взаимной системы К, Fe//Q, SO4, WO4 в другое ее сечение - К^04-КС1- FeSO4 - как результат реакции (1) в расплаве [K2W04-KC1]эвт-FeS04. Примечательно, что это преобразование реализуется через переходное состояние, геометрический образ которого -гексаэдр (пентагон), в котором общим основанием соответствующего тетраэдра служит треугольник составов системы К^04-К^04-КС1, а противоположные его вершины заняты сульфатом и вольфраматом железа (II).

С точки зрения теории фазовых равновесий и физико-химического анализа он представляет собой линию вторичной (совместной) кристаллизации хлорида калия и непрерывных твердых растворов сульфата и вольфрамата калия типа К2(х+у)(ЗО4)х^^О4)у, вдоль которой протекает моновариантный процесс, реализация которого обусловлена, как отмечено выше, термодинамической запрещенностью обменных реакций FeW04 с КС1 и К2ЗО4 и практической нерастворимостью вольфрамата железа (II) в расплаве системы К^04-К2З04-КС1. Важно при этом подчеркнуть, что система, как и процесс, находится в динамике, причем изменение ее состояния происходит в интервале от х = 0, у = 1 до х = 1, у = 0 по твердым растворам К2(х+у)(ЗО4)х-^)О4)у, в который укладываются как раз в 26,5 мол. % FeSO4, о которых упоминалось выше.

0 10 20 30 36

мол. % K2W04 (1) мол. % K2S04 (2)

(а) (б)

Рис. 1. Зависимость количества вещества K2WO4 (1) и K2SO4 (2) от мол.% FeSO4 в смеси [K^WO^Kd^-FeSO^^ вдоль линии вторичной кристаллизации в системе K2WO4-KCl-FeSO4 (а) и ее проекция на треугольник составов (б)

Система приходит в равновесие после израсходования K2WO4 и FeSO4, т.е. после завершения процесса преобразования эвтектики [K2WO4-Ka]OTx системы [K2WO4-KC1]^-FeSO4 в эвтектику [K2SO4-КС1]эвт системы K2SO4 - KCl - FeWO4 (верхний график на рис.1б) или же выхода на ветвь кристаллизации K2SO4 ликвидуса системы K2SO4-KC1 (нижний график на рис. 1б). Отметим, что закономерности изменения количества веществ (мол.%) FeSO4 и FeWO4 коррелируют с графиками функции, мол.%, K2WO4(K2SO4) = 9(FeSO4) (рис. 1а).

Состав, отвечающий конечной точке кристаллизации на стороне K2SO4-KC1 треугольника составов системы K2WO4-K2SO4-KC1, зависит от исходного количества хлорида калия. В частности, при 63 (64) мол. %-ном содержании KCl в системе K2WO4-KC1 (эвтектика), как это имеет место в рассматриваемом случае, ликвидус совместной кристаллизации KC1 и твердых растворов K2(x+j)(SO4)x (WO4)j выходит на ветвь первичного выделения K2SO4 из системы K2SO4-KC1 при темпе-

ратуре ~ 730°С, что согласуется с ее значением, полученным при термическом анализе системы [К^О.-КС1] —FeSO с точностью ±10-12°С.

■-2 4 -|эвт 4

Таким образом, на основе термодинамических расчетов и данных термического анализа, в системе [K2WO4-KCl]эвт-FeSO4 осуществлен синтез высокочистого и высодисперсного вольфрамата железа (II) данные, по которому приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Состав исходных смесей реагентов, выход и результаты химического анализа вольфрамата железа (II), синтезированного в расплаве системы [К^04- ка]эвт-ге804

Состав исходной смеси реагентов, гр. Выход FeWO4,% Содержание,% Содержание основного в-ва в синтезированном препарате,%

Fe теор./ эксп. W03 теор./ эксп.

m(K2WO4)= 36,90415 m (KCI)= 15 m(FeSO4)=17,21475 99,60 100/99,70 100/99,93 99,73

Результаты химического анализа подтверждены данными РФА (рис. 1)

Commander Sample ID (Coupled TwoTheta/Theta)

Рис. 2. Рентгенограмма FeWO4, синтезированного в расплаве системы [Ka-K2WO4]3B-FeSO4 при Т=6500С.

Наряду с этим, синтезированные в расплавах системы [KCI-^WOJ^-FeSO4 порошки вольфрамата железа (II) были подвергнуты дисперсионному анализу. Ниже на рис. 2 представлены данные по дисперсности порошков синтезированного FeWO4, которые определены на приборе Fritsch-Analisetterr Nanotek Plus.

Рис. 3. Гистограмма (А, В, С) и интегральная кривая распределения частиц порошков FeWO4, синтезированного в расплаве системы [KCI-K^WOJ^-FeSO4 при Т=6500С.

Полученные при комплексном изучении системы [KCI-^WOJ-FeSO4 позволили сделать вывод о возможности использования данной системы в качестве оптимальной материальной базы для разработки рационального способа получения высокочистого, высокодисперсного вольфрамата железа (II), с высоким выходом по основному веществу.

Список литературы

1. Кузнецов Д.В., Дзидзигури Э.Л., Левина В.В., Новакова A.A., Киселева Т.Ю. Структура и свойства высокодисперсных композиций на основе железа, никеля, вольфрама и молибдена. Физикохимия ультрадисперсных систем; Сборник научных трудов 4-й В

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»