научная статья по теме ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ ВЗАИМНАЯ СИСТЕМА LI,NA| |BR,VO3 Химия

Текст научной статьи на тему «ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ ВЗАИМНАЯ СИСТЕМА LI,NA| |BR,VO3»

ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 60, № 1, с. 122-126

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИИ АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

УДК 544.123.5:543.572.3

ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ ВЗАИМНАЯ СИСТЕМА Li,Na||Br,VO3 © 2015 г. И. Н. Самсонова, Т. В. Губанова, И. К. Гаркушин

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный технический университет E-mail: gik49@yandex.ru Поступила в редакцию 07.04.2014 г.

Методом дифференциального термического анализа изучены фазовые равновесия в трехкомпо-нентной взаимной системе Li,Na||Br,VO3. Определены состав и температура плавления тройной эвтектической точки в стабильном треугольнике NaBr—LiBr—LiVO3 (450°C, 8 мол. % NaBr, 52 мол. % LiBr, 40 мол. % LiVO3) и NaBr-LiVO3-NaVO3 (480°C, 19 мол. % NaBr, 13.5 мол. % NaVO3, 67.5 мол. % LiVO3). Описаны нон- и моновариантные равновесия.

DOI: 10.7868/S0044457X15010146

Одним из перспективных направлений исследования систем с участием галогенидов и ванадатов щелочных металлов является разработка расплавляемых электролитов для химических источников тока, топливных элементов и теплоаккумулирую-щих материалов [1, 2]. Поиск оптимальных солевых композиций основан на изучении фазовых диаграмм. Система П,№||Бг,У03 не была ранее изучена и представляет интерес, поскольку ее компоненты обладают рядом ценных свойств, таких как высокая электропроводность, термическая стойкость, возможность использования в качестве традиционных растворителей других солей в широком диапазоне температур. Это делает систему Ы,Ма||Бг,У03 перспективной в качестве разработки составов электролитов высокотемпературных химических источников тока или рабочих тел тепловых аккумуляторов.

В качестве объекта исследования выбрана трех-компонентная взаимная система Ы,Ма||Бг,У03, квадрат составов которой изображен на рис. 1.

Трехкомпонентная взаимная система Ы,Ма||Бг,У03 включает четыре соли: ЫБг, №Бг, ЫУ03, №У03 и четыре двухкомпонентные си-

ной взаимной системе Ы,Ма||Бг,У03 протекает реакция обмена (точка К):

стемы: LiBr—NaBr,

LiVO3—NaVO3,

LiBr—LiVO3

LiBr + NaVO3 ^ LiVO3 + NaBr (ArG°98 = -49 . 38 кДж/моль; ArH°98 = -56 . 73 кДж/моль).

(1)

№Бг-№У03. Температуры плавления индивидуальных веществ взяты из [3], двухкомпонентные системы были изучены ранее [4—6].

Для разбиения изучаемой системы на симплексы использовали термодинамический метод [7]. Направление реакции обмена в тройных взаимных системах можно оценить по тепловому

эффекту реакции АГН°98 и энергии Гиббса АгО°98 для стандартных условий [8]. В трехкомпонент-

Следовательно, равновесие смещено в сторону пары солей LiУ03, №Бг, которые образуют стабильную диагональ квадрата составов трехкомпо-нентной взаимной системы Li,Na||Br,V03.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводили методом дифференциального термического анализа на установке в стандартном исполнении [9] с использованием стандартных платиновых микротиглей. Использовали предварительно обезвоженные реактивы квалификации "ч. д. а.". Все составы выражены в мол. %, температуры — в °С. Индифферентным веществом служил свежепрокаленный А1203. Масса навесок 0.3 г.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Для подтверждения разбиения системы на симплексы термодинамическим методом исследована стабильная диагональ NaBr—LiV03, Т—х-диаграмма которой представлена на рис. 2. Выявлены состав (23 мол. % №Бг, 77 мол. % LiV03) и температура плавления квазибинарной эвтектики (504°С). Стабильная диагональ NaБг—LiУ03 разбивает систему на два стабильных треугольника ШБг^Бг^У03 и ШБг^У03-ШУ03.

ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ ВЗАИМНАЯ СИСТЕМА П,№||Вг,УО:

123

°УОз №УО3

620 630

Рис. 1. !!г,УО3.

°С

700 -

600 -

500 -

ЫУО

620°

'3

20 40 60

№Вг, мол. %

80

№Вг 747°

Рис. 2. Т— х-диаграмма квазибинарной системы МаВг—МаУОз.

124

САМСОНОВА и др.

г, °с 700 Г

ж + ЫУО

ЫУО3 + а + ж

ЫУО3 + а ЫУО3 + а + в

ЫВг - 40% ЫУО3 - 60%

е2 538 №Вг + у + ж у + №Вг

8 + №Вг + у

У

~№Вг - 40% " №УО3 - 60%

Рис. 3. Т-х-диаграмма политермического разреза SV системы Ц,Ка||Вг,УО3.

г, °С

600 -

500

400 -

- 600

500

400

100 ЫУО3

80

60 мол. %

40

20

0

Рис. 4. Т-х-диаграмма разреза ПУО3-Е^-Е^ системы П,№||Вг,УО3.

ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ ВЗАИМНАЯ СИСТЕМА П,№||Вг,УО3 125

г, °с

№Вг мол. %

Рис. 5. Т-х-диаграмма разреза NaBг—E2—E2 системы П,№||Вг,УО3.

LiF

849

е652

NaF Lia

996 610

т537

е 583

е490

е599

NaCl LiBr 801 550 т525

е473

NaBr 747

LiУOз т550 620

ШУО3 LiУO3

630 620

т550

е589

NaУO3 LiУO3

630 620

е 538

т 550

NaУO3

630

Рис. 6. Диаграммы состояния трехкомпонентных взаимных систем Li,Na||Г,VOз (Г = Ц С1, Вг).

Для нахождения точек нонвариантных равновесий в стабильных треугольниках ^Вг-ЫВг-ЫУОз и NaBг—LiУO3—NaУO3 в соответствии с правилами проекционно-термографического метода исследования [10] выбран политермический разрез

8 [ЫВг - 40%, ЫУО3 - 60%] - У [ШВг - 40%, ШУО3 - 60%] (рис. 1).

Экспериментальное исследование разреза 8У позволило определить температуры плавления и направления на тройные эвтектики Е1 и Е 2 ста-

126

САМСОНОВА и др.

бильных треугольников NaBr— LiBr— LiVO3 и NaBr—LiVO3—NaVO3 (рис. 3).

При изучении разреза LiVO3 -E!-Eb выходящего из вершины LiVO3 и проходящего через

проекцию E! на разрезе SV, определено содержание компонентов в тройной эвтектической точке Е1 с температурой плавления 450°C: 52 мол. % LiBr, 8 мол. % NaBr, 40 мол. % LiVO3 (рис. 4).

При изучении разреза NaBr-E2-E2, выходящего из вершины NaBr и проходящего через проекцию E 2 на разрезе SV, определено содержание компонентов в тройной эвтектической точке Е2 с температурой плавления 480°C: 19 мол. % NaBr, 13.5 мол. % NaVO3, 67.5 мол. % LiVO3 (рис. 5).

Тройным эвтектикам отвечают следующие фазовые реакции:

Е1 450°жЕ;

Е2 480° жЕ;

LiУ03 + а + в, > NaБг + у + 8.

В системах Li,Na||Г,V03 (Г = Д С1, Бг) (рис. 6) с увеличением порядкового номера галогена от F к Бг происходит распад непрерывных рядов твердых растворов LixNa1 _ хУ03.

Система Li,Na||F,У03 характеризуется наличием минимума и эвтектики, а в системе И,№||С1,У03 отмечено образование перитектической и эвтектической точек, система Li,Na||Br,V03 имеет эвтектический характер плавления. В приведенных системах с увеличением порядкового номера галогена снижается температура плавления эвтектик.

Работа выполнена в рамках государственного задания СамГТУ на 2014 г. (код проекта 1285).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. М.: Энергоатомиздат, 1991. 264 с.

2. Химические источники тока. Справочник / Под ред. Коровина Н.В., Скундина А.М. М.: Изд-во МЭИ, 2003. 740 с.

3. Термические константы веществ: Справочник / Под ред. Глушко В.П. // М.: ВИНИТИ, 1981. Вып. X. Ч. 1. 441 с.

4. Воскресенская Н.К., Евсеева И.И., Беруль С.И., Ве-рещатина И.П. Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей. М.: Изд-во АН СССР, 1961. Т. 1. 845 с.

5. Петров А.С., Гаркушин И.К., Трунин А.С. // VII Все-рос. конф. по химии и технологии редких щелочных элементов. Тез. докл. Апатиты, 1988. С. 23.

6. Кошкаров Ж.А., Луцык В.И., Мохосоев М.В. и др. // Журн. неорган. химии. 1987. Т. 32. С. 1480.

7. Сечной А.И., Гаркушин И.К. Фазовый комплекс многокомпонентных систем и химическое взаимодействие: Уч. пособие. Самара: Изд-во Самар. гос. тех. ун-та, 1999. 116 с.

8. Бергман А.Г., Домбровская Н.С. // Журн. Рус. физ.-хим. об-ва. Сер. хим. 1929. Т. LXI. Вып. 8. С. 1451.

9. Егунов В.П. Введение в термический анализ. Самара: ПО "СамВен", 1996. 270 с.

10. Трунин А.С., Космынин А.С. Проекционно-термо-графический метод исследования гетерогенных равновесий в конденсированных многокомпонентных системах. Куйбышев, 1977. 68 с. Деп. в ВИНИТИ 12.04.77. № 1372-77.

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