Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ Na||F,Br,SO4

Лосева М.А. 1 Клейн Я.А. 1 Трунин А.С. 1
1 Самарский государственный технический университет ФГБОУ ВПО «СамГТУ»
Многокомпонентные солевые системы – основа композиций с заданными свойствами для разработки новых материалов различного назначения, в частности, фазопереходных тепловых аккумуляторов. Системы имеют сложную топологическую структуру взаимосвязей компонентов, что заставляет проводить их исследование с применением инновационных методов – сочетании моделирования и экспериментального подтверждения с использованием современных возможностей аппаратно-программного обеспечения. Изучен фазовый комплекс системы Na||F,Br,SO4 на уровне разбиения на стабильные ассоциации фаз, установлены нонвариантные составы и их температуры в фазовых треугольниках. Метод экспериментального исследования: дифференциальный термический анализ (ДТА). Исследованная система – часть комплекса Li,Na,K||F,Cl,Br,NO2,NO3,SO4, который является физико-химической основой ряда технологических объектов, в том числе, интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем.
разбиение
эвтектика
фазовый комплекс
1. Трунин А.С. Мобильная малогабаритная установка дифференциального термического анализа с интерактивным управлением через ПК / А.С. Трунин, О.Е. Моргунова, Е.А. Катасонова, О.А. Грибенников, С.Е. Ломаева // Материалы IV Всероссийской с междун. участием научной Бергмановской конф. «Физико-химический анализ: состояние, проблемы, перспективы развития». Махачкала: Дагестанский гос. пед. ун-т. 2012. – С. 76–79.
2. Трунин А.С., Космынин А.С. Проекционно-термографический метод исследования гетерогенных равновесий в конденсированных многокомпонентных системах. – Куйбышев, 1977. – 68 с. Деп. в ВИНИТИ 12.04.77 г. № 13720-77.
3. Термические константы веществ // Под ред. Глушко В.П. Вып. Х. Ч. 2. – М.: ВИНИТИ, 1981. – 119 с., 135 с., 155 с.
4. Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей. / Под ред. Н.К. Воскресенской. М. – Л.: АН СССР, 1961. – T. 1. – C. 732–734.
5. Sangster J.M., Pelton A.D., J. Phys. Chem. Ref. Data, 16 [3] 509–561 (1987).
6. Лосева М.А. Физико-химические основы интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем. Монография / М.А. Лосева, А.С. Трунин. Самар. Гос. Тех. Ун-т. Самара, 2013. – 97 с.
7. Гасаналиев А.М. Применение расплавов в современной науке и технике. Монография / А.М. Гасаналиев, И.К. Гаркушин, М.А. Дибиров, А.С. Трунин. – Махачкала, 2011. – 159 с.

Многокомпонентные солевые системы на протяжении ряда лет представляют научный и промышленный интерес как основа композиций с заданными характеристиками – составами и температурами плавления для разработки потенциальных источников новых фазопереходных материалов. В связи со сложной топологической структурой взаимосвязей компонентов, изучение таких систем наиболее рационально проводить с применением инновационных методов, таких, как компьютерное моделирование и экспериментальные исследования с использованием возможностей современного аппаратно-программного обеспечения эксперимента.

Сформирована многокомпонентная система Li,Na,K||F,Cl,Br,NO2,NO3,SO4, в рамках которой в качестве элемента огранения изучена трехкомпонентная система Na||F,Br,SO4. В доступных литературных источниках сведений об исследовании системы Na||F,Br,SO4 найдено не было.

В качестве экспериментальных методов исследования использован метод дифференциального термического анализа (ДТА).

Плавление солевых смесей осуществлялось с помощью мобильного малогабаритного устройства дифференциального термического анализа (ММУ ДТА) [1]. В качестве индифферентного вещества использовался свежепрокаленный Al2O3. Процессы нагрева-охлаждения образцов велись со скоростью 10 град/мин. Составы выражены в % мол., температуры – в °С. Термопара Pt/PtRh калибровалась в соответствии с методикой и проведением статистической обработки. Для анализа использовались реактивы квалификации «хч». Взвешивание осуществлялось на аналитических весах марки Ohaus, с дискретностью ± 0,0002.

Трехкомпонентная система Na||F,Br,SO4 изучена в связи с отсутствием данных литературы. Эксперимент планировался в соответствии с правилами проекционно-термографического метода (ПТГМ) [2]. Данные по фазовым превращениям индивидуальных веществ брались из [3]. Двухкомпонентные элементы огранения, ограняющие систему Na||F,Br,SO4, исследованы в [4–6] (таблица).

Характеристики двухкомпонентных эвтектик системы Na||F,Br,SO4

Система

Характер точки

Содержание компонента, мол. %

tпл, °С

1

2

NaBr-Na2SO4 [4]

Эвтектика е1

61

39

617

NaF-NaBr [5]

Эвтектика е2

28

72

640

NaF-Na2SO4 [6]

Эвтектика е3

Дистектика d

Эвтектика е4

30

50

61

70

50

39

743

781

773

losev1.tif losev2.tif

а) б)

Рис. 1. а) Т-х-диаграмма сечения NaBr – D (NaF•Na2SO4) системы Na||F,Br,SO4, б) Термограмма охлаждения образца состава 72 % NaBr – 28 % D

losev3.tif

Рис. 2. Т-х-диаграмма разреза АВ системы Na||F,Br,SO4

losev4.tif

Рис. 3. Т-х-диаграмма разреза NaBr- los05.wmflos05a.wmf системы Na||F,Br,SO4

losev5.tif

Рис. 4. Т-х-диаграмма разреза NaBr- los06a.wmflos06b.wmf системы Na||F,Br,SO4

losev6.wmf

Рис. 5. Трехкомпонентная система Na||F,Br,SO4

При экспериментальной проверке эвтектических составов двухкомпонентных систем расхождений с данными литературы не выявлено. В числе элементов огранения имеется одно двойное соединение конгруэнтного плавления: D (NaF•Na2SO4) [6]. Это соединение разбивает систему Na||F,Br,SO4 на две подсистемы, каждая из которых характеризуется определенным набором фаз: NaF-NaBr-D и NaBr-Na2SO4-D. Данных литературы о секущем элементе NaBr – D не обнаружено. Проведено исследование сечения NaBr – D (NaF•Na2SO4) в интервале от 30 % до 70 % мол. D (рис. 1).

Одинарный термический эффект на кривой охлаждения (рис. 1, б) показывает, что данный состав – эвтектический. Предположено, что обе тройные подсистемы системы Na||F,Br,SO4 имеют эвтектический характер.

Для определения температур плавления и составов тройных эвтектик в системе Na||F,Br,SO4 экспериментально изучен политермический разрез АВ (А – 20 % Na2SO4, 80 % NaBr]; B – 20 % NaF, 80 % NaBr) (рис. 2). Направлениям на тройные эвтектики на Т-х-диаграммах разреза АВ соответствуют точки los01.wmf и los02.wmf, которым отвечает совместная кристаллизация трех фаз: NaBr + Na2SO4 + D для точки los03.wmf и NaBr + NaF + D для точки los04.wmf (рис. 3, 4).

При изучении разрезов NaBr- los08a.wmf – Е1 (рис. 4) и NaBr- los08b.wmf – Е2 (рис. 5) определены состав и температура плавления тройных эвтектик: Е1 600°C, NaBr – 51 %, Na2SO4 – 38 %, NaF – 11 %; E2 582 °С, NaBr – 58 %, Na2SO4 – 15,5 %, NaF – 26,5 %.

Исследованная тройная система Na||F,Br,SO4 входит в комплекс Li,Na,K||F,Cl,Br,NO2,NO3,SO4, который является основой ряда технологических объектов, в том числе физико-химическими основами интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем [6], что расширяет представление о применении расплавов в современной науке и технике [7].

Выводы

1. Исследована тройная система Na||F,Br,SO4, входящая в комплекс Li,Na,K||F,Cl,Br,NO2,NO3,SO4, который является основой ряда технологических объектов, в том числе физико-химическими основами интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем.

2. Методами ДТА и ПТГМ определены топология и составы тройных эвтектик, входящих в исследованную систему Na||F,Br,SO4.

Рецензенты:

Буланова А.В., д.х.н., профессор, профессор кафедры физической химии и хроматографии Самарского государственного университета, г. Самара;

Лившиц М.Ю., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Управление и системный анализ в теплоэнергетике», ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», г. Самара.

Работа поступила в редакцию 30.12.2014.


Библиографическая ссылка

Лосева М.А., Клейн Я.А., Трунин А.С. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ Na||F,Br,SO4 // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12-11. – С. 2335-2339;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36691 (дата обращения: 23.11.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074