ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ Na,K,Mg,Ca//SO ,Cl-H O ПРИ 50ºС В ОБЛАСТИ КРИСТАЛИЗАЦИИ КАИНИТА (KCl∙MgSO

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2013, том 56, №12
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.123.7
Л.Солиев
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O ПРИ 50ºС
В ОБЛАСТИ КРИСТАЛИЗАЦИИ КАИНИТА (KCl∙MgSO4∙3H2O)
Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 26.09.2013 г.)
Методом трансляции исследованы фазовые равновесия системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O
при 50ºС в области кристаллизации каинита (KCl∙MgSO4∙3H2O). Установлено, что каинит как равновесная фаза исследованной системы при 50ºС участвует в формировании 19 нонвариантных точек, 38 моновариантных кривых и 22 дивариантных полей. На основании полученных данных впервые
построен фрагмент диаграммы фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50ºС в
области кристаллизации каинита.
Ключевые слова: равновесие – система – каинит – фаза – нонвариантные точки – моновариантные
кривые – дивариантные поля – диаграмма – компонент.
Каинит
является
равновесной
фазой
шестикомпонентной
«морской»
системы
Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50ºС, и его участие в формировании её геометрических образов представляет определённый научный и практический интерес.
Из 14 четырёхкомпонентных и 6 пятикомпонентных систем, составляющих исследуемую
шестикомпонентную систему, каинит является равновесной фазой для одной четырёхкомпонентной
(K,Mg,//SO4,Cl-H2О) и двух пятикомпонентных (Na,K,Mg,//SO4,Cl-H2О и K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2О) систем. Четырёхкомпонентная система K,Mg,//SO4,Cl-H2О достаточно хорошо изучена методом растворимости [1], а пятикомпонентные системы – методом трансляции [2, 3].
В настоящей работе приводятся результаты исследования участия каинита в формировании
геометрических образов системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 500С методом трансляции, который
базируется на принципе совместимости элементов строения частных n-компонентных и общей n+1
компонентной системы в одной диаграмме [4].
Согласно методу трансляции, при добавлении последующего компонента в частной nкомпонентной системе и переходе её в n+1 компонентное состояние, элементы строения nкомпонентной системы (нонвариантные точки, моновариантные кривые и т.д.), увеличивая свою размерность на единицу, трансформируются: нонвариантные точки превращаются в моновариантные
кривые, моновариантные кривые – в дивариантные поля и т.д. Трансформированные элементы
строения n-компонентных систем транслируются (переносятся) на уровень n+1 компонентного состава исследуемой системы и, согласно своим топологическим свойствам, а также с соблюдениям правила фаз Гиббса [5], взаимно пересекаясь, образуют элементы строения n+1 компонентной системы.
Более подробно применение метода трансляции для определения фазовых равновесий в многокомпоАдрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр.Рудаки, 121,
Таджикский государственный педагогический университет. E-mail: [email protected]
971
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2013, том 56, №12
нентных водно-солевых системах рассмотрены в работах [6-8]. Ранее этим методом было исследовано участие арканита (K2SO4), глауберита (Na2SO4∙CaSO4), астраханита (Na2SO4·MgSO4H2O) и глазерита (3K2SO4·Na2SO4) в формировании геометрических образов исследуемой системы при 500С [912].
В пятикомпонентных системах, где одной из равновесных фаз является каинит, он участвует в
формировании следующих пятерных нонвариантных точек с равновесными твёрдыми фазами.
Здесь и далее
обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим на
кратность точки (компонентность системы), и нижним индексом, указывающим на порядковый номер точки. Для удобства изложения материала порядковые номера точек сохранены, как в [9]. Приняты следующие условные обозначения равновесных твёрдых фаз: Га – галит NaCl; Каи – каинит
KCl∙MgSO4∙3H2O; Кр – карналлит КCl - MgCl2 - 6H2O; Си – сильвин КCl; Ас – астраханит
Na2SO4∙MgSO4∙4H2O; Лео – леонит К2SO4∙MgSO4∙4H2O; Ла – лангбейнит К2SO4∙2MgSO4; Ки – кизерит
MgSO4∙H2O; Ва – вантгоффит 3Na2SO4∙MgSO4; Гз – глазерит 3К2SO4∙Na2SO4; Пг – полигалит
К2SO4∙MgSO4∙2СаSO4∙2H2O; Ан – ангидрит СаSO4; Ск – сакиит MgSO4∙6H2O.
Каи+Гз
Каи+Га
Каи+Ки
Каи+Ла
Каи+Кр
Каи+Ан
Каи+Си
Каи+Пг
Каи+Лео
Рис. 1. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50ºС в области
кристаллизации каинита на уровне пятикомпонентного состава, построенная методом трансляции.
972
Неорганическая химия
Л.Солиев
Таблица
Равновесные твёрдые фазы и контуры дивариантных полей системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O
при 50ºС в области кристаллизации каинита
Равновесные Контуры полей на
твёрдые
диаграмме (рис.2)
фазы полей
1
2
Каи+Га+Кр
Равновесные
Контуры полей на
твёрдые фазы
диаграмме (рис.2)
полей
3
4
Каи+Ки+Га
Каи+Га+Си
Каи+Ла+Га
Каи+Кр+Си
Каи+Ки+Ла
Каи+Лео+Ас
Каи+Ки+Кр
Каи+Лео+Си
Каи+Гз+Си
Ки+Ла+Лео
Каи+Га+Гз
Каи+Ва+Га
Каи+Ан+Си
Каи+Ва+Гз
Каи+Ла+Пг
973
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2013, том 56, №12
Таблица (продолжение)
1
Каи+Лео+Пг
2
3
Каи+Ан+Ки
Каи+Пг+Си
4
Каи+Ан+Ла
Каи+Ан+Кр
Каи+Ан+Пг
Фрагмент схематической диаграммы [13] фазовых равновесий исследуемой системы при 50ºС
в области кристаллизации каинита на уровне пятикомпонентного состава, построенной методом
трансляции, представлен на рис. 1, где отражены все элементы строения (дивариантные поля, моновариантные
кривые,
нонвариантные
точки
и
их
взаимное
расположение)
системы
Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50ºС в области кристаллизации каинита на уровне пятикомпонентного
состава. Фазовый состав осадков пятерных нонвариантных точек приведён выше. Фазовый состав
осадков дивариантных полей указан на рис.1. Фазовый состав осадков моновариантных кривых, проходящих между пятерными нонвариантными точками, таков:
974
Неорганическая химия
Л.Солиев
Трансляция пятерных нонвариантных точек на уровень шестикомпонентного состава
приводит к образованию следующих шестерных нонвариантных точек с равновесными твёрдыми фазами:
Как видно, из 19 шестерных нонвариантных точек, содержащих в качестве одной из равновесных фаз каинит, 5 образованы методом «сквозной» (Е176, Е176, Е296, Е386, Е456), 6 методом «односторонней» (Е186, Е196, Е416, Е426, Е436 Е466) и 8 методом «промежуточной» (Е166, Е226, Е446, Е476, Е486 Е526,
Е536, Е546) трансляции [6-8].
На рис. 2 представлен фрагмент совмещённой схематической [13] диаграммы фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50ºС в области кристаллизации каинита на уровне пятии шестикомпонентного составов.
975
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2013, том 56, №12
На рис. 2 тонкие сплошные линии отражают моновариантные кривые уровня пятикомпонентного состава, равновесные твёрдые фазы которых приведены выше. Пунктирные линии, отходящие
от пятерных нонвариантных точек, отражают моновариантные кривые, образованные при трансляции. Фазовый состав осадков этих моновариантных кривых идентичен фазовому составу транслированных точек. Полужирные сплошные линии отражают моновариантные кривые, проходящие между
шестерными нонвариантными точками. Они характеризуются следующими равновесными твёрдыми
фазами:
Анализ
построенного
фрагмента
диаграммы
фазовых
равновесий
системы
Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50ºС в области кристаллизации каинита (рис. 2) показывает на наличие
22 дивариантных полей, перечень и контуры которых представлены в таблице.
В целом каинит, как равновесная фаза системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50ºС, участвует в
формировании следующего количества её геометрических образов на уровнях пятикомпонентного
(А) и шестикомпонентного (Б) составов:
976
Неорганическая химия
Л.Солиев
Рис. 2. Совмещенная схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50ºС
в области кристаллизации каинита на уровнях пяти- и шестикомпонентного составов, построенная методом
трансляции.
Поступило 25.09.2013 г.
Л И Т Е РАТ У РА
1. Экспериментальные данные по растворимости многокомпонентных водно–солевых систем (справочник). – СПб.: Химиздат, 2004, т.2, кн. 1-2, 1247 с.
2. Солиев Л. – Журн. физ. химии, 1980, т.54, № 6, с.1541.
3. Солиев Л., Горошенко Я.Т., Горникова М.А., Патриляк Н.М. – Укр. хим. ж., 1991, т.57, № 4, с.351.
4. Горошенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. – Киев: Наукова думка, 1982, 264 с.
5. Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю. Я. Основы физико-химического анализа. – М.: Наука,
1976, 504 с.
6. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграммы фазовых равновесий многокомпонентных водно-солевых систем методом трансляции. – М., 1987, 28 с. Ден в ВИНИТИ АН СССР 20.12.87 г.,
№8950 – В 87.
7. Солиев А. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа
методом трансляции (кн. 1). – Душанбе: ТГПУ, 2000, 247 с.
8. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа
методом трансляции (кн. 2). – Душанбе: Шуњоиён, 2011, 147 с.
9. Солиев Л. – ДАН РТ, 2009, т.52, № 8, с.613-618.
10. Солиев Л. – ДАН РТ, 2011, т.54, № 11, с.906-911.
11. Солиев Л. – Журн. неорган. химии, 2013, т.58, № 5, с.663-667.
977
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2013, том 56, №12
12. Солиев Л. – Журн. физ. химии, 2013, т.87, № 9, с.1455-1461.
13. Солиев Л. – Журн. неорган. химии, 1988, т.33, № 5, с.1305-1310.
Л.Солиев
МУВОЗИНАТЊОИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O ДАР
ЊАРОРАТИ 50ºС ДАР ЊУДУДИ КРИСТАЛЛИЗАТСИЯИ КАИНИТ
(KCl∙MgSO4∙3H2O)
Донишгоњи давлатии омўзгории Тољикистон ба номи С.Айнї
Бо усули транслятсия мувозинатњои фазагии системаи Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O дар
њарорати 50ºС дар њудуди кристаллизатсияи каинит омўхта шудааст. Муќаррар карда шудааст,
ки каинит њамчун фазаи мувозинатии ин система дар њарорати 50ºС дар ташаккулёбии 19
нуќтањои нонвариантї, 38 хатњои моновариантї ва 22 майдонњои дивариантї ширкат меварзад.
Дар асоси далелњои ба даст овардашуда маротибаи аввал диаграммаи мувозинатњои фазагии
системаи Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O дар њарорати 50ºС, дар њудуди кристаллизатсияи каинит,
сохта шудааст.
Калимањои калидї: мувозинат – система – каинит – фаза – нуќтањои нонвариантї – хатњои
моновариантї – майдонњои диварианти – диаграмма – компонент.
L.Soliev
PHASE BALANCE OF SYSTEM Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O AT 50ºС IN AREA
CRYSTALLIZATION OF KAINIT (KCl∙MgSO4∙3H2O)
S.Ainy Tajik State Pedagogikal Unversity
By method of compilation are investigated of phase balance of system Na, K, Mg, Ca // SO4, Cl-H2O
at 50ºС in area crystallization of kainit (KCl∙ MgSO4∙ 3H2O). Is established, that as the equilibrium phase of
the investigated system at 50ºС participates in formation 19 invariant of points, 38 monoalternative curves
and 22 divariant of fields. On the basis of the received data a fragment of the diagram phase equilibrium
investigated of system Na, K, Mg,Ca//SO4,Cl-H2O for the first time is constructed at 50ºС in area crystallization of kainit.
Key words: balance – system – kainit – phase – invariant point – monoalternative curve – divariant of a field
– diagram – component.
978