Равновесия твердое тело–пар в условиях десольватации твердых растворов. Топологический изоморфизм с диаграммами полиморфных превращений твердых растворов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приведено доказательство аналогов трех законов Гиббса–Коновалова (правил Гиббса–Розебома), реализующихся на фазовых диаграммах твердое тело–пар в трехкомпонентных системах в условиях десольватации твердых растворов в отсутствие жидкой фазы. Продемонстрирован топологический изоморфизм рассматриваемых диаграмм с диаграммами полиморфных превращений твердых растворов бинарных систем, для которых также получены аналоги законов Гиббса–Коновалова. Доказательство основано на применении обобщенных дифференциальных уравнений Ван-дер-Ваальса для смещения фазового равновесия, записанных в метриках неполного и полного потенциала Гиббса твердых фаз переменного состава. Применимость рассматриваемых аналогов продемонстрирована на примере ряда модельных систем. На основе установленных закономерностей для диаграмм десольватации твердых растворов предложен метод разделения и очистки солевых компонентов твердых растворов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Чарыков

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева; Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет); Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

Автор, ответственный за переписку.
Email: vvkuznetsov@inbox.ru
Казахстан, ул. Протозанова, 1, Усть-Каменногорск, 070000; Московский пр-т, 26, Санкт-Петербург, 190013, Россия; ул. Профессора Попова, 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия

В. В. Кузнецов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

Email: vvkuznetsov@inbox.ru
Россия, ул. Профессора Попова, 5, Санкт-Петербург, 197376

А. В. Румянцев

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: vvkuznetsov@inbox.ru
Россия, Московский пр-т, 26, Санкт-Петербург, 190013

В. А. Кескинов

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева

Email: vvkuznetsov@inbox.ru
Казахстан, ул. Протозанова, 1, Усть-Каменногорск, 070000

Н. А. Куленова

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева

Email: vvkuznetsov@inbox.ru
Казахстан, ул. Протозанова, 1, Усть-Каменногорск, 070000

К. Н. Семенов

Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. И.П. Павлова

Email: vvkuznetsov@inbox.ru
Россия, ул. Л. Толстого, 6–8, Санкт-Петербург, 197022

М. В. Чарыкова

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: vvkuznetsov@inbox.ru
Россия, Университетская набережная, 7/9, Санкт-Петербург

В. П. Герман

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: vvkuznetsov@inbox.ru
Россия, Московский пр-т, 26, Санкт-Петербург, 190013

Список литературы

  1. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. Т. 1. Трехкомпонентные системы / Под ред. Пельша А.Д. Л.: Химия, 1973. 1069 с.
  2. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. Т. 2. Четырехкомпонентные и более сложные системы / Под ред. Пельша А.Д. Л.: Химия, 1975. 1063 с.
  3. Коган В.Б. и др. Справочник по растворимости. В 3-х томах. М.–Л.: Изд-во АН СССР, 1961–1970. Т. 1. 1960 с. Т. 2. 2066 с. Т. 3. 1219 с.
  4. Crocer L.S., Varsolon R.J., Mc-Colli J.A. // J. Pharm. Biomed. Anal. 1997. V. 15. № 11. P. 1661. https://doi.org/10.1016/s0731-7085(96)01941-3
  5. Hollmann R. // R.Z. Phys. Chem. (Leipzig). 1901. V. 37. P. 193.
  6. Тамман Г. Руководство по гетерогенным равновесиям. Л.: ОНТИ, Химтеорет, 1935. 590 с.
  7. Rumyantsev A.V., Charykov N.A., Puchkov L.V. // Russ. J. Phys. Chem. A. 1998. V. 72. № 6. P. 870.
  8. Сторонкин А.В. Термодинамика гетерогенных систем. Л.: Изд-во ЛГУ, 1967. Ч. 1, 2. 467 с.
  9. Чарыкова М.В., Чарыков Н.А. Термодинамическое моделирование процессов эвапоритовой седиментации. СПб.: Наука, 2003. 279 с. ISBN: 5-02-024989-0
  10. Филиппов В.К., Соколов В.А. // Термодинамика гетерогенных систем и теория поверхностных явлений. Л.: ЛГУ, 1988. Т. 8. С. 3.
  11. Korjinskiy A.D. Theoretical basis of the analysis of minerals paragenesis. M.: Nauka, 1973. 670 p.
  12. Чарыков Н.А., Литвак А.М., Михайлова М.П. и др. // Физика и техника полупроводников. 1997. Т. 31. С. 410.
  13. Baranov A.N., Dzhurtanov B.E., Litvak A.M. et al. // Russ J. Inorg. Chem. 1990. V. 35. № 5. P. 1020.
  14. Baranov A.N., Djurtanov A.A., Litvak A.M. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 1990. V. 35. № 12. P. 3008.
  15. Brunisholz G., Nozari M. // Helv. Chim. Acta. 1969. V. 52. № 8. P. 2303. https://doi.org/10.1002/hlca.19690520812
  16. Gmelin Handbuch der anorganischen Chemie. Berlin: Springer-Verlag., 1975.
  17. Справочник. Диаграммы состояния систем тугоплавких оксидов / Под ред. Галахова Ф.Я. Л.: Наука, 1985–1991. Вып. I–V.
  18. Байрамова У.Р., Бабанлы К.Н., Машалиева Л.Ф. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. С. 1614. https://doi.org/10.31857/S0044457X23600792
  19. Reardon E.J. // J. Phys. Chem. 1989. V. 93. P. 4630.
  20. Vielma T. // CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2021. V. 72. P. 102230. https:// doi.org/10.1016/j.calphad.2020.102230
  21. Arapov O.V., Aksel’rod B.M., Pronkin A.A. et al. // Russ. J. Appl. Chem. 2003. V. 76. № 1. P. 33.
  22. Майстер И.М., Лопато Л.М., Шевченко А.В. и др. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1984. Т. 20. № 3. С. 446.
  23. Coutures J., Rouanet A., Verges L. et al. // J. Solid State Chem. 1976. V. 17. P. 171.
  24. Coutures J., Sibieude F., Foes M. // J. Solid State Chem. 1976. V. 17. P. 377.
  25. Tueta R., Lejua A.-M. // Rev. Chim. Miner. 1974. V. 11. P. 27.
  26. Вопросы физической химии растворов электролитов / Под ред. Микулина Г.И. Л.: Химия, 1968. 420 с.
  27. Кескинов В.А., Чарыков Н.А., Блохин А.А. и др. Пат. РФ. № 2 550 891. Опубл. 20.05.2015.
  28. Ibragimova R., Afanasenko V., Kudryavtsev G. et al. // MATEC Web of Conferences. 2019. V. 298. P. 00070. https://doi.org/10.1051/matecconf/201929800070
  29. Лебедев А.Е., Гуданов И.C., Власов В.В. и др. Ректификационная колонна. Пат. РФ. RU2792004C1. Опубл. 15.03.2023.
  30. Müller M., Becker T., Gastl M. // Foods. 2021. V. 10. P. 1602. https://doi.org/10.3390/foods10071602
  31. Korotkova T.G., Kas’yanov G.I. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2021. V. 95. P. 1051. https://doi.org/10.1134/s0036024421050186
  32. Hongshen Li, Hongrui Liu, Yufang Li et al. // Energies. 2021. V. 14. P. 2266. https://doi.org/10.3390/en14082266
  33. Volynets D.A., Chernyshova E.A., Tarasov A.V. // World of petroleum products. 2021. V. 5. P. 50. https://doi.org/10.32758/2782-3040-2021-0-5-50-53
  34. Golovanchikov A.B., Prokhorenko N.A. // Oil Gas Technol. 2021. V. 135. № 4. P. 46. https://doi.org/10.32935/1815-2600-2021-135-4-46-49
  35. Khvostov A.A., Ivanov A.V., Zhuravlev A.A. // Mathematical Methods in Technologies and Technics. 2021. V. 2. P. 16. https://doi.org/10.52348/2712-8873_mmtt_
  36. Korzenszky P., Barátossy G., Székely L. et al. // Potravinarstvo Slovak J. Food Sci. 2020. V. 14. P. 1191. https://doi.org/10.5219/1472
  37. Пэн Дэцян, Ци Хуэминь, Ван Луяо и др. Пат. РФ RU 2 683 757. Опубл. 01.04.2019. 38. Myasoyedenkov V.M., Shapanbayev B.N. // Fine Chemical Technologies. 2014. V. 9. № 4. P. 34.
  38. Van der Ham F., Seckler M., Witkamp G. // Chem. Eng. Process. 2004. V. 43. P. 161. https://doi.org/10.1016/S0255-2701(03)00018-7
  39. Sharma AQ., Sandhu S., Kumar V. // Adv. Mater. Res. 2021. V. 1. P. 93. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.1160.93
  40. Guo G., Liu G. // Material Design Process. Commun. 2019. V. 2. P. 3484. https://doi.org/10.1002/mdp2.117

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Диаграммы десольватации идеальных твердых растворов на примере тройных систем PrxNd1 − xCl3 · 6H2O − PrxNd1 − xCl3 · 7H2O − H2O (слева) и NixCo1 − xSO4 · 6H2O − NixCo1 − xSO4 · 7H2O − H2O (справа) при 25°С. Красным цветом представлена зависимость парциального давления растворителя над насыщенными жидкими растворами (на диаграммах растворимости соответствующих систем).

Скачать (39KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Диаграммы десольватации неидеальных (регулярных) твердых растворов на примере тройных систем NaClxBr1 − x – NaClxBr1 − x · 2H2O – H2O (слева) и (C60)x(C70)1 − x − (C60)x(C70)1 − x · 2o−C6H4(CH3)2 − o−C6H4(CH3)2 (справа) при 25°С (черные линии – расчет диаграмм десольватации твердых растворов). Красным цветом представлена зависимость парциального давления растворителя над насыщенными жидкими растворами (на диаграммах растворимости соответствующих систем).

Скачать (39KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Эволюция фазовых диаграмм десольватации твердых растворов при условии, что сольватированный твердый раствор регулярен, а десольватированный – идеален (черные линии – расчет диаграмм десольватации твердых растворов). W1 – приведенный параметр модели регулярного раствора.

Скачать (10KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диаграммы полиморфных превращений твердых растворов в системах (YXEu1 – X)2O3 (слева) и (LaXNd1 – X)2O3 (справа) (черные линии по равновесиям полиморфных модификаций твердых растворов – экспериментальные данные работ [30–33]).

Скачать (8KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схема процессов разделения солевых компонентов в ходе сольватации–десольватации твердых растворов при повышении–понижении парциального давления паров растворителя (голубым цветом представлены составы сольватированного раствора, красным цветом – составы десольватированного раствора (q1 > q2)).

Скачать (17KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024