Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Физико-химическое взаимодействие и расчет составов и температур плавления эвтектик в многокомпонентных системах из солей лития и калия

Диссертация: Физико-химическое взаимодействие и расчет составов и температур плавления эвтектик в многокомпонентных системах из солей лития и калия
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Впервые экспериментально определены составы и температуры плавления смесей, отвечающих точкам нонвариантного равновесия в одной двухкомпо-нентной (КУ03-К2Мо04), в двух трехкомпонентных системах (1лС1−1лУ03−1л2Мо04 и КС1-КУ03-К2\Ю4) и четырех стабильных треугольниках (КУ03-К04−1Ж^У04, КС1−1лУ03−104, КС1-КУ03−1лК04 и КС1−1лУ03−1л2Мо04). В двух стабильных тетраэдрах (1лР-1лС1−1лУОз-1Л2Мо04… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
    • 1. 1. Разбиение политопов состава систем на единичные составляющие
    • 1. 2. Описание химического взаимодействия в многокомпонентных системах
    • 1. 3. Проекционно-термографический метод исследования фазовых равновесий в конденсированных системах (ПТГМ)
    • 1. 4. Расчетные методы определения характеристик точек нонвариантного равновесия
  • 2. МЕТОД РАСЧЕТА СОСТАВОВ И ТЕМПЕРАТУР ПЛАВЛЕНИЯ ЭВТЕКТИК В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СОЛЕВЫХ СИСТЕМАХ
  • 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ ИЗ СОЛЕЙ ЛИТИЯ И КАЛИЯ
    • 3. 1. Инструментальное обеспечение исследований
      • 3. 1. 1. Дифференциальный термический анализ (ДТА)
      • 3. 1. 2. Рентгенофазовый анализ (РФА)
      • 3. 1. 3. Определение энтальпий фазовых превращений
    • 3. 2. Исходные вещества
    • 3. 3. Разбиение политопов составов четырехкомпонентных взаимных систем и, К || С1, УОз, Мо04 и П, К || С1, У03, «\Ю
    • 3. 4. Описание химического взаимодействия в системах 1л, К || С1, У03, Мо04 и
  • 1. л, К || С1, У03, Мо04 на основе их дифференциации
    • 3. 5. Четырехкомпонентная взаимная система 1л, К || С1, У03, ^ГО
      • 3. 5. 1. Двухкомпонентные системы
      • 3. 5. 2. Трехкомпонентные и трехкомпонентные взаимные системы
      • 3. 5. 3. Стабильные секущие треугольники
      • 3. 5. 4. Стабильный тетраэдр Ка-КУОз-Кг1^^:!^^^
    • 3. 6. Четырехкомпонентная взаимная система 1л, К || С1, УОэ, Мо
      • 3. 6. 1. Двухкомпонентные системы
      • 3. 6. 2. Трехкомпонентные и трехкомпонентные взаимные системы
      • 3. 6. 3. Стабильный секущий треугольник КС1-ОУ03-Ы2Мо
    • 3. 7. Четырехкомпонентная система ОР-ЫС1-ОУ03-Ы2Мо
      • 3. 7. 1. Двухкомпонентные системы
      • 3. 7. 2. Трехкомпонентные системы
      • 3. 7. 3. Стабильный тетраэдр Ь1Р-ПС1-ПУ03-П2Мо
  • 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
    • 4. 1. Расчетное и экспериментальное определение составов и температур плавления эвтектик в многокомпонентных солевых системах
    • 4. 2. Физико-химическое взаимодействие в системах из солей лития и калия
    • 4. 3. Прикладные исследования
  • ВЫВОДЫ

Физико-химическое взаимодействие и расчет составов и температур плавления эвтектик в многокомпонентных системах из солей лития и калия (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность работы. Ионные расплавы обладают многими ценными свойствами, в том числе высокой электрической проводимостью, способностью к электролитическому разложению, возможностью электролитического выделения из них наиболее активных металлов (натрия, магния, алюминия и др.), а также неметаллов (кремния), сравнительно низкой плотностью, низкой упругостью пара, возможностью работать в очень широком температурном диапазоне [1]. Солевые расплавы находят практическое применение в качестве: сред для проведения химических реакций, сред для выращивания монокристаллов и полупроводниковых соединений, растворителей тугоплавких оксидов, электролитов разнообразного назначения, флюсов для сварки и пайки, рабочих тел тепловых аккумуляторов, носителей для сглаживания пиковых нагрузок устройств, работающих при высоких температурах, ядерного горючего [1,2].

Состав с требуемыми технологическими свойствами может быть получен из различного сочетания компонентов [3]. Однако, легче достичь заданных значений свойств, используя композиции на основе нескольких компонентов (двух, трех, четырех, пяти). В этом случае для получения состава с заданными свойствами требуется исследование физико-химической системы, включающей несколько компонентов. Часто поиск требуемых технологических составов сводится в выявлению в системах эвтектических составов (как обладающих минимальной температурой плавления) и определению их свойств (плотность, вязкость, теплопроводность, теплоемкость, электропроводность, энтальпия плавления и др.).

Экспериментальные методы исследования многокомпонентных систем (МКС) развиваются уже в течение 100 лет существования физико-химического анализа. Современные рациональные экспериментальные методы изучения МКС обеспечивают полное и достоверное описание физико-химического взаимодействия, позволяют с высокой точностью определять составы и температуры плавления смесей, отвечающих точкам нонвариантных равновесий. Если не требуется большая точность определения характеристик точек нонвариантного равновесия и описания монои дивариантных равновесий, можно воспользоваться расчетными или расчетно-экспериментальными методами. Разнообразные расчетные методы, использующие как эмпирические, так и строгие термодинамические со5 отношения, позволяют значительно сократить время изучения системы и получать результаты различной точности. Расчетные методы могут быть использованы как независимо от экспериментальных, так и в сочетании с последними для исследования фазовых равновесий в МКС.

В силу изложенных выше соображений является актуальным как исследование физико-химического взаимодействия в солевых расплавах, так и развитие экспериментальных и расчетных методов изучения систем, в первую очередь многокомпонентных.

Целью работы является:

— разработка метода расчета составов и температур плавления эвтектик в многокомпонентных солевых системах;

— апробация метода на достаточно большом массиве экспериментально изученных МКС;

— исследование физико-химического взаимодействия в МКС из солей лития и калия с применением предлагаемого метода;

— поиск составов для использования в качестве расплавленных электролитов химических источников тока (ХИТ).

Научная новизна работы. Предложены и апробированы два варианта метода расчета составов и температур плавления эвтектик в солевых системах с числом компонентов четыре и более. Изучено физико-химическое взаимодействие в че-тырехкомпонентных системах 1л, К || С1, У03, Мо04, 1л, К || С1, УОэ, \Ю4 и 1л || Б, С1, У03, Мо04. Экспериментально определены составы и температуры плавления смесей, отвечающих точкам нонвариантного равновесия в двух-, трехи четырехкомпонентных системах. С применением двух вариантов предлагаемого метода рассчитаны составы и температуры плавления эвтектик в двух четырехкомпонентных системах. Показана хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных по характеристикам нонвариантных точек. Определены энтальпии плавления двух эвтектических составов, перспективных для практического использования.

Практическая ценность работы. Выявлено четыре состава, пригодных для использования в качестве электролитов химических источников тока.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Перспективные химические технологии и ма6 териалы» (Пермь, 1997 г.) и на XI Конференции по физической химии и электрохимии расплавленных и твердых электролитов (Екатеринбург, 1998 г.).

Публикации. По содержанию диссертации опубликовано 8 работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 97 страницах машинописного текста, включая 18 таблиц, 41 рисуноки состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка литературы из 87 наименований и приложения.

ВЫВОДЫ.

1. Разработаны два варианта метода расчета составов и температур плавления эвтектик в системах с числом компонентов четыре и более. В отличие от других методов расчета предлагаемый метод позволяет определять и состав, и температуру плавления эвтектики. Метод опробован на двадцати исследованных ранее многокомпонентных системах, показана хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных.

2. Проведено разбиение (дифференциация) на фазовые единичные блоки многокомпонентных систем 1л, К || С1, У03, Мо04 и 1л, К || С1, У03, ^МС^. Описано химическое взаимодействие, протекающее в этих системах.

3. Впервые экспериментально определены составы и температуры плавления смесей, отвечающих точкам нонвариантного равновесия в одной двухкомпо-нентной (КУ03-К2Мо04), в двух трехкомпонентных системах (1лС1−1лУ03−1л2Мо04 и КС1-КУ03-К2\Ю4) и четырех стабильных треугольниках (КУ03-К04−1Ж^У04, КС1−1лУ03−104, КС1-КУ03−1лК04 и КС1−1лУ03−1л2Мо04). В двух стабильных тетраэдрах (1лР-1лС1−1лУОз-1Л2Мо04 и КС1-КУ03-К04−1ЛК\Ю4) составы и температуры плавления эвтектик вначале рассчитаны по предлагаемому методу, затем характеристики эвтектических точек в этих тетраэдрах определены экспериментально.

4. Анализ результатов расчета характеристик эвтектик по предлагаемому методу для выборки из двадцати исследованных ранее МКС и для двух изученных в настоящей работе тетраэдрах позволил сделать вывод о том, что предлагаемый метод позволяет быстро и с достаточной точностью оценить не только состав, но и температуру плавления эвтектики. Объем входных данных для расчета по предлагаемому методу не выше, чем по методу Мартыновой — Сусарева. Предлагаемый метод может быть использован как независимо, так и в совокупности с другими расчетными и (или) экспериментальными методами.

5. На основании проведенных экспериментальных исследований разработано четыре состава на основе эвтектических смесей систем из солей лития и калия, рекомендуемых для применения в качестве расплавленных электролитов для химических источников тока.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ю.К., Барчук Л. П. Прикладная химия ионных расплавов. Киев: Наукова думка, 1988. 192 с.
  2. В.И. Методы исследования многокомпонентных солевых систем. М.: Наука, 1978.-225 с.
  3. Прогнозирование химического взаимодействия в системах из многих компонентов/ Посыпайко В. И., Тарасевич С. А., Алексеева Е. А. и др. М.: Наука, 1984.-216 с.
  4. A.C. Комплексная методология исследования многокомпонентных систем. Самара: Самарский гос. техн. ун-т, 1997. 308 с.
  5. Н.С. Введение в физико-химический анализ. Изд. 4-е доп. Под ред. Аносова В. Я. и Клочко М. А. М.-Л.: АН СССР, 1940. 563 с.
  6. Н.К. Термодинамическое обоснование правила Каблукова// Журн. неорган, химии. 1963. Т. 8. № 5. С. 1190−1195.
  7. В.И. Метод физико-химического анализа в неорганическом синтезе. М.: Наука, 1975. 272 с.
  8. B.C. Естественный отбор минеральных видов// Соросовский образовательный журнал. 1998. № 4. С. 50−56.
  9. В.П. Многокомпонентные системы. М.: АН СССР, 1963. 502 с. Деп в ВИНИТИ, № Т-15 616−63.
  10. А.Г. О комбинаторной геометрии многокомпонентных систем // Журн. геол. и геофиз. 1970. № 7. С. 121−123.
  11. А.Г. Определение комплексов триангуляции и-мерных полиэдров. В кн. Прикладная многомерная геометрия: Сб. трудов МАИ. М.: МАИ, 1969. Вып. 187. С. 76−82.92
  12. А.И., Гаркушин И. К., Трунин A.C. Дифференциация элементов огране-ния шестикомпонентной взаимной системы Na, К, Mg, Ca || Cl, S04-H20. Куйбышев, 1988. 33 с. Деп. в ОНИИТЭХИМ г. Черкассы 17.11.88, № 1189-хп88.
  13. А.И., Гаркушин И. К., Трунин A.C. Описание химического взаимодействия в многокомпонентных взаимных системах на основе их дифференциации//Журн. неорган, химии. 1988. Т. 33. № 4. С. 1014−1018.
  14. A.C., Космынин A.C. Проекционно-термографический метод исследования гетерогенных равновесий в конденсированных многокомпонентных системах. Куйбышев, Куйбышевский политехи, ин-т, 1977. 68 с. Деп в ВИНИТИ 12.04.77, № 1372−77.
  15. В.И. Анализ поверхности ликвидуса тройных систем. М.: Наука, 1987.-150 с.
  16. В.И., Воробьева В. П., Сумкина О. Г. Моделирование фазовых диаграмм четверных систем. Новосибирск: Наука, 1992. 199 с.
  17. .А., Луцык В. И., Мохосоев М. В. Расчет многокомпонентных систем на основе планирования эксперимента // Журн. неорган, химии. 1987. Т. 32. № 5. С. 1201−1204.
  18. .А., Мохосоев М. В., Трунин A.C., Гаркушин И. К. Метод количественного описания Т-х диаграмм многокомпонентных эвтектических систем // Докл. АН СССР. 1987. Т. 297. № 4. С. 981−894.
  19. .А., Мохосоев М. В., Трунин A.C. Расчетно-экспериментальное исследование Т-х диаграмм многокомпонентных систем с перитектикой// Докл. АН СССР. 1988. Т. 302. № 6. С. 1421−1425.
  20. H.A., Шапошникова С. Г., Посыпайко В. И. Определение состава нонва-риантных точек четверных систем на основе планирования эксперимента// Журн. неорган, химии. 1983. Т. 28. № 11. С. 2988−2990.
  21. И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпо93нентных систем. М.: Наука, 1976. 390 с.
  22. A.B., Пятунин М. Д. О расчете эвтектических равновесий в многокомпонентных системах// Вестн. Ленингр. ун-та. Серия химия и физика. 1987. Вып. 3. С. 38−43.
  23. Н.С., Сусарев М. П. Расчет состава тройной эвтектики простой эвтектической системы по данным о бинарных эвтектиках и компонентах// Журн. прикл. химии. 1971. Т. 44. № 12. С. 2643−2646.
  24. Н.С., Сусарев М. П. Расчет температуры плавления тройной эвтектики простой эвтектической системы по данным о бинарных эвтектиках и компонентах// Журн. прикл. химии. 1971. Т. 44. № 12. С. 2647−2651.
  25. М.П., Мартынова Н. С. Расчет состава четверной эвтектики по данным для тройных и бинарных// Журн. прикл. химии. 1974. Т. 47. № 3. С. 526 529.
  26. В.М. Расчет концентраций нонвариантных точек в тройных солевых системах // Журн. физ. химии. 1966. Т. 40. № 4. С. 912−917.
  27. A.C. Многокомпонентные системы окислов. Киев: Наукова думка, 1970.-544 с.
  28. A.C. Оценка температурной границы субсолидусного состояния многокомпонентных систем // Изв. АН СССР. Неорган, матер. 1970. Т. 6. № 8. С. 1396−1400.
  29. И.К., Анипченко Б. В. Метод расчета составов и температур плавления эвтектик в многокомпонентных солевых системах // Журн. неорган, химии. 1999. Т. 44. № 2. С.
  30. .В., Гаркушин И. К. Расчет составов и температур плавления эвтектик в многокомпонентных солевых системах. Ред. Журн. прикл. химии, СПб, 1998. 17 с. Деп. в ВИНИТИ 09.12.98, № 3598-В98.
  31. В.И., Гонтаръ КВ., Золотарева JI.B. Система 2Li, 2Na, Ca, Ва || 2 °F // Журн. неорган, химии. 1972. Т. 17. № 5. С. 1465−1468.94
  32. Термические константы веществ. Под ред. Глушко В. П. Вып. IX. М.: ВИНИТИ, 1979. 574 с.
  33. Термические константы веществ. Под ред. Глушко В. П. Вып. X, Ч. 1. М.: ВИНИТИ, 1981.-300 с.
  34. Термические константы веществ. Под ред. Глушко В. П. Вып. X, Ч. 2. М.: ВИНИТИ, 1981.-441 с.
  35. Справочник по плавкости солевых систем. Т. 1 // Под ред. Воскресенской Н. К. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1961. 588 с.
  36. Диаграммы плавкости солевых систем. Ч. I // Под ред. Посыпайко В. И., Алексеевой Е. А. М.: Металлургия, 1977. 416 с.
  37. Диаграммы плавкости солевых систем. Ч. II // Под ред. Посыпайко В. И., Алексеевой Е. А. М.: Металлургия, 1977. 304 с.
  38. Диаграммы плавкости солевых систем. Ч. III // Под ред. Посыпайко В. И., Алексеевой Е. А. М.: Металлургия, 1977. 204 с.
  39. Диаграммы плавкости солевых систем. Тройные системы // Под ред. Посыпайко В. И., Алексеевой Е. А. М.: Химия, 1977. 328 с.
  40. Т.Н., Мартынова Н. С., Сусарев М. П. Диаграмма плавкости системы КСаС13-КС1-ВаС12//Журн. прикл. химии. 1977. Т. 50. № 1. С. 175−177.
  41. Т.Н., Костиков Ю. П., Мартынова Н. С., Сусарев М. П. Термический и рентгенофазовый анализ системы КС1-ВаС12 // Журн. прикл. химии. 1977. Т. 50. № 1.С. 177−178.
  42. А.С., Мифтахов Т. Т., Василъченко JI.M. Термический анализ ограняющих элементов и стабильного сечения (NaF)2-KF-CaF2-KF K2W04 системы Na, К, Са || F, W04 // Укр. химич. журнал. 1978. Т. 18. № 11. С. 1166−1169.
  43. JI.M. Физико-химическое исследование пятикомпонентной взаимной системы Na, К, Са || F, CI, W04 из девяти солей. Дис.. канд. хим. наук. Куйбышев: Куйбышевский ин-т инженеров железнодорожного транспорта, 1981.-235 с.
  44. Т.Н., Мартынова Н. С., Сусарев М. П. Расчет и исследование четверной эвтектики системы KCaCl3-KCl-BaCl2-CaF2// Журн. прикл. химии. 1978. Т. 51. № 1. С. 35−39.
  45. Г. А., Семенцова Д. В. Взаимная система из фторидов и хлоридов калия, кальция и бария // Журн. неорган, химии. 1969. Т. 14. № 5. С. 1339−1344.
  46. Г. А., Семенцова Д. В. Система Na+, К+, Са+ || F^ // Журн. неорган, химии. 1967. Т. 12. № 3. С. 795−800.
  47. Е.С., Бухалова Г. А. Взаимная система из хлоридов и фторидов натрия, калия и бария // Журн. неорган, химии. 1965. Т. 10. № 6. С. 1459−1463.
  48. В. Т., Бухалова Г. А. Диаграмма плавкости четверной системы из фторидов лития, натрия, калия и бария// Журн. неорган, химии. 1961. Т. 6. № 3. С. 687−698.
  49. И.К., Воронин К. Ю., Дибиров М. А., Мифтахов Т. Т. Четырехкомпо-нентная система из фторидов лития, калия, кальция и стронция // Журн. неорган. химии. 1996. Т. 41. № 5.С. 850−853.
  50. И.К., Воронин К. Ю., Трунин А. С., Дибиров М. А., Березанская М. В. Исследование четырехкомпонентной системы из фторидов лития, натрия, кальция и стронция // Журн. неорган, химии. 1995. Т. 40. С. 1034−1036.
  51. Г. Н., Бухалова Г. А. Система из хлоридов и фторидов натрия, калия и кальция // Журн. неорган, химии. 1966. Т. 11. №. 1. С. 175−179.96
  52. Л.М., Трунин A.C. Исследование четверной взаимной системы Na, К, ?1 F, CI, W04 конверсионным и проекционно-термографическим методом // Журн. неорган, химии. 1980. Т. 25. № 3. С. 822−832.
  53. Диаграммы плавкости солевых систем. Многокомпонентные системы // Под ред. Посыпайко В. И., Алексеевой Е. А. М.: Химия, 1977. 216 с.
  54. Справочник по плавкости солевых систем. Т. 2 // Под ред. Воскресенской Н. К. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1961. 588 с.
  55. Р.В., Бугаенко В. В. Диаграмма плавкости четверной солевой системы1.+, Na+, К+, Rb+ У F~ // Журн. неорган, химии. 1976. Т. 21. № 10. С. 27 572 761.
  56. В. Т., Бухалова Г. А. Четверная система из фторидов лития, натрия, калия и стронция // Журн. неорган, химии. 1960. Т. 5. № 9. С. 2061−2070.
  57. У. Термические методы анализа. М.: Мир, 1978. 526 с.
  58. БергЛ.Г. Введение в термографию. Изд. 2-е доп. М.: Наука, 1969. 395 с.
  59. В.П. Введение в термический анализ. Самара, 1996. 270 с.
  60. U.M., Трунов В. К. Рентгенофазовый анализ. Изд-е 2-е, доп. и перераб. М.: МГУ, 1976.-232 с.
  61. H.A., Грызлова Е. С., Шапошникова С. Г. Теплофизические свойства многокомпонентных солевых систем. М.: Химия, 1984. С. 99.
  62. A.A., Слободин Б. В., Ходос М. Я. Ванадаты. Состав, синтез, структура, свойства. М.: Наука, 1988. 272 с.
  63. И.Н., Лупейко Т. Г., Вяликова В. И. Системы LiV03-Li2Mo(W)04 и NaV03-Na2Cr (Mo)04 // Журн. неорган, химии. 1975. Т. 20. № 9. С. 2483−2486.
  64. H.H. Диаграммы состояния систем с участием молибдатов и вольфра-матов щелочных металлов и свинца// Журн. неорган, химии. 1961. Т. 6. № 5. С. 1178−1188.
  65. A.C., Гаркушин И. К., Гасаналиев A.M., Дибиров М. А. Исследование тройных взаимных систем Li, Ва || С1, Мо04 и Li, Ва || CI, W04 // Известия Северо-Кавказского центра высшей школы. Естественные науки. 1980. № 3. С. 5355.
  66. А.И., Гаркушин И. К., Трунин A.C. Теплоаккумулирующий состав. A.c. № 1 274 287 от 01.08.86 г.
  67. .В., Лекомцева Т. В., Гаркушин И. К. Исследование трехкомпонент-ных систем LiCl-LiV03-Li2Mo04 и KCI-KVO3-K2WO4 // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 1998. Т. 41. № 6. С. 134−135.
  68. .В., Гаркушин И. К., Лекомцева Т. В. Исследование трехкомпонент-ной системы из хлорида, метаванадата и молибдата лития. Ред. Журнала прикл. химии, СПб, 1998. 8 с. Деп. в ВИНИТИ 15.07.98, № 2227-В98.
  69. А.И., Бергман А. Г. Взаимная система из хлоридов и вольфраматов лития и калия // Журн. неорган, химии. 1960. Т. 5. № 11. С. 2499−2502.
  70. В.П., Топшиноева З. Н. Системы Li, Na || CI, Mo04 и Li, К || CI, Mo04. Иркутск, Иркутский политехи, ин-т, 1992. 5 с. Деп. в НИИТЭХИМ г. Черкассы 18.05.92, № 152-хп92.
  71. .В., Гаркушин И. К. Исследование четырехкомпонентной системы LiF-LiCl-LiV03-Li2Mo04. Ред. Журн. прикл. химии, СПб, 1998.- 9 с. Деп. в ВИНИТИ 09.12.98, № 3613-В98.
  72. Химия редких и рассеянных элементов. В 2-х т. Т. 1 / Под ред. Большакова К. А. М.: Высшая школа, 1965. 351 с.
  73. B.C., Скундин A.M. Химические источники тока. М.: Энергоатомиз-дат, 1981.-360 с.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?