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 |
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
Рис. 2. Т-х-диаграмма разреза АВ системы Na||F,Br,SO4
Рис. 3. Т-х-диаграмма разреза NaBr- 
– 
системы Na||F,Br,SO4
Рис. 4. Т-х-диаграмма разреза NaBr- 
– 
системы Na||F,Br,SO4
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 
и 
, которым отвечает совместная кристаллизация трех фаз: NaBr + Na2SO4 + D для точки 
и NaBr + NaF + D для точки 
(рис. 3, 4).
При изучении разрезов NaBr- 
– Е1 (рис. 4) и NaBr- 
– 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: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36691 (дата обращения: 20.04.2024).