Email this article Фазовый комплекс стабильного пентатопа NaBr-Li2WO4-Na2WO4-LiF-NaF четырехкомпонентной взаимной системы Li+, Na+ || Br-, F-, WO42-
- Authors: 1
-
Affiliations:
- Самарский государственный технический университет
- Issue: Vol 1 (2025)
- Pages: 218-220
- Section: ЧАСТЬ I. Химия
- Submitted: 20.05.2025
- Accepted: 04.06.2025
- Published: 02.11.2025
- URL: https://edgccjournal.org/osnk-sr2025/article/view/679998
- ID: 679998
Cite item
Full Text
Abstract
Обоснование. Создание новых перспективных материалов неразрывно связано с моделированием фазовых равновесий в многокомпонетных системах. В настоящее время очень актуальны задачи разработки новых методов моделирования фазовых диаграмм, а также наполнение баз данных по фазовым равновесиям многокомпонетных систем.
Цель — анализ и прогнозирование фазовых равновесий в стабильном пентатопе NaBr-Li2WO4-Na2WO4-LiF-NaF четырехкомпонентной взаимной системы Li+, Na+ || Br-, F-, WO42- при помощи 3D-моделирования.
Методы. Для системы Li+, Na+ || Br-, F-, WO42- была составлена развертка граневых элементов на основе литературных данных [1]. При изучении многокомпонетных систем получают древо фаз. Для изучаемой системы древо фаз представляет собой совокупность стабильного тетраэдра и стабильного пентатопа. Стабильный пентатоп NaBr-Li2WO4-Na2WO4-LiF-NaF может быть исследован как отдельная квазичетырехкомпонентная система. Подобная сложная система изучена при помощи схемы моновариантных равновесий [2], она позволила выявить, какие моновариантные и нонвариантные равновесия реализуются в системе. Был проведен расчет составов и температур плавления для нонвариантных точек в системе. Прогнозирование температур плавления основано на функциональной зависимости температур плавления нонвариантных точек, образующихся в системах меньшей мерности, от числа компонентов [3]. Определение состава проводилось по температурам и составам нонвариантных точек, принадлежащих элементам огранения. Предполагается, что нонвариантная точка квазичетверной системы лежит ближе к нонвариантной точке на элементе огранения с меньшей температурой равновесия. Полученные данные позволили построить фигуры нонвариантных равновесий, из которых были выявлены схемы фазовых реакций. При составлении материального баланса по компонентам были получены коэффициенты для уравнений фазовых реакций (табл. 1).
Таблица 1. Рассчитанные коэффициенты для уравнений фазовых реакций
Нонвариантная точка | Уравнение фазовой реакции | Состав L в мольных долях |
E1 | 1L = 0,25LiF + 0,30NaBr + 0,37Na2WO4 + 0,08D2 | 1L = 0,41Na2WO4 + + 0,04NaF + 0,25LiF + 0,30NaBr |
P1 | 0,92L + 0,08NaF = 0,20LiF + 0,32NaBr + 0,48D2 | 1L = 0,26Na2WO4 + 0,17NaF + 0,22LiF + 0,35NaBr |
P2 | 0L+ 1D1 = 0,67Li2WO4 + 0,33Na2WO4 + 0NaBr | 1L = 0,47Na2WO4 + 0,29NaF + 0,11LiF + 0,13NaBr |
E2 | 1L= 0,67LiF + 0,31NaBr + 0,28Na2WO4 + 0,25Li2WO4 | 1L = 0,31Na2WO4 + 0,28NaF + 0,16LiF + 0,31NaBr |
Таким образом, информация о прогнозе нонвариантных и моновариантных равновесий, а также данные об элементах огранения позволили построить 3D-модель в концентрационном объеме пентатопа модель при помощи компьютерной среды КОМПАС 3D (рис. 1) [4, 5].
Рис. 1. 3D-модель стабильного пентатопа NaBr-Li2WO4-Na2WO4-LiF-NaF четверной взаимной системы
Было проведено моделирование пути кристаллизации для некоторой фигуративной точки (рис. 2). Затем данная смесь была экспериментально изучена на установке для дифференциально-термического анализа.
Рис. 2. Смоделированная термограмма охлаждения смеси «а» (5 %экв. LiF + 85 % экв. NaBr + 5 % экв. NaF + 5 % экв. Na2WO4)
Смесь «а» также была экспериментально исследована на установке для дифференциально-термического анализа [6]. Качественный анализ указал на достоверность проделанного прогноза.
Результаты. Были получены: схема моновариантных равновесий, фигуры нонвариантных равновесий, уравнения фазовых реакций, составы нонвариантных точек, 3D-модель фазового комплекса, смоделированная термограмма охлаждения, экспериментальная термограмма охлаждения. 3D-модель позволила качественно спрогнозировать фазовый комплекс стабильного пентатопа.
Выводы. Для четырехкомпонентных систем со сложным строением поверхности ликвидуса (наличие двух и более нонвариантных точек) предложенная методика может упростить планирование эксперимента.
Full Text
Обоснование. Создание новых перспективных материалов неразрывно связано с моделированием фазовых равновесий в многокомпонетных системах. В настоящее время очень актуальны задачи разработки новых методов моделирования фазовых диаграмм, а также наполнение баз данных по фазовым равновесиям многокомпонетных систем.
Цель — анализ и прогнозирование фазовых равновесий в стабильном пентатопе NaBr-Li2WO4-Na2WO4-LiF-NaF четырехкомпонентной взаимной системы Li+, Na+ || Br-, F-, WO42- при помощи 3D-моделирования.
Методы. Для системы Li+, Na+ || Br-, F-, WO42- была составлена развертка граневых элементов на основе литературных данных [1]. При изучении многокомпонетных систем получают древо фаз. Для изучаемой системы древо фаз представляет собой совокупность стабильного тетраэдра и стабильного пентатопа. Стабильный пентатоп NaBr-Li2WO4-Na2WO4-LiF-NaF может быть исследован как отдельная квазичетырехкомпонентная система. Подобная сложная система изучена при помощи схемы моновариантных равновесий [2], она позволила выявить, какие моновариантные и нонвариантные равновесия реализуются в системе. Был проведен расчет составов и температур плавления для нонвариантных точек в системе. Прогнозирование температур плавления основано на функциональной зависимости температур плавления нонвариантных точек, образующихся в системах меньшей мерности, от числа компонентов [3]. Определение состава проводилось по температурам и составам нонвариантных точек, принадлежащих элементам огранения. Предполагается, что нонвариантная точка квазичетверной системы лежит ближе к нонвариантной точке на элементе огранения с меньшей температурой равновесия. Полученные данные позволили построить фигуры нонвариантных равновесий, из которых были выявлены схемы фазовых реакций. При составлении материального баланса по компонентам были получены коэффициенты для уравнений фазовых реакций (табл. 1).
Таблица 1. Рассчитанные коэффициенты для уравнений фазовых реакций
Нонвариантная точка | Уравнение фазовой реакции | Состав L в мольных долях |
E1 | 1L = 0,25LiF + 0,30NaBr + 0,37Na2WO4 + 0,08D2 | 1L = 0,41Na2WO4 + + 0,04NaF + 0,25LiF + 0,30NaBr |
P1 | 0,92L + 0,08NaF = 0,20LiF + 0,32NaBr + 0,48D2 | 1L = 0,26Na2WO4 + 0,17NaF + 0,22LiF + 0,35NaBr |
P2 | 0L+ 1D1 = 0,67Li2WO4 + 0,33Na2WO4 + 0NaBr | 1L = 0,47Na2WO4 + 0,29NaF + 0,11LiF + 0,13NaBr |
E2 | 1L= 0,67LiF + 0,31NaBr + 0,28Na2WO4 + 0,25Li2WO4 | 1L = 0,31Na2WO4 + 0,28NaF + 0,16LiF + 0,31NaBr |
Таким образом, информация о прогнозе нонвариантных и моновариантных равновесий, а также данные об элементах огранения позволили построить 3D-модель в концентрационном объеме пентатопа модель при помощи компьютерной среды КОМПАС 3D (рис. 1) [4, 5].
Рис. 1. 3D-модель стабильного пентатопа NaBr-Li2WO4-Na2WO4-LiF-NaF четверной взаимной системы
Было проведено моделирование пути кристаллизации для некоторой фигуративной точки (рис. 2). Затем данная смесь была экспериментально изучена на установке для дифференциально-термического анализа.
Рис. 2. Смоделированная термограмма охлаждения смеси «а» (5 %экв. LiF + 85 % экв. NaBr + 5 % экв. NaF + 5 % экв. Na2WO4)
Смесь «а» также была экспериментально исследована на установке для дифференциально-термического анализа [6]. Качественный анализ указал на достоверность проделанного прогноза.
Результаты. Были получены: схема моновариантных равновесий, фигуры нонвариантных равновесий, уравнения фазовых реакций, составы нонвариантных точек, 3D-модель фазового комплекса, смоделированная термограмма охлаждения, экспериментальная термограмма охлаждения. 3D-модель позволила качественно спрогнозировать фазовый комплекс стабильного пентатопа.
Выводы. Для четырехкомпонентных систем со сложным строением поверхности ликвидуса (наличие двух и более нонвариантных точек) предложенная методика может упростить планирование эксперимента.
About the authors
Самарский государственный технический университет
Author for correspondence.
Email: lera.skorobogatova20@mail.ru
студентка, группа 4-ХТФ-21ХТФ-106, химико-технологический факультет
Russian Federation, СамараReferences
- Слободов А.А., Кремнев Д.В., Радин М.А., и др. Эффективность методов термодинамического моделирования и расчета фазово-химических превращений в многокомпонентных системах различной природы // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2005. № 20. С. 49–53. EDN: JUFIYX
- Вердиева З.Н., Бурчаков А.В., Вердиев Н.Н., и др. Моделирование фазовых реакций в многокомпонентных системах // Вестник ТвГУ. Серия: Химия. 2019. № 3. С. 31–45. doi: 10.26456/vtchem2019.3.4 EDN: FOIZXI
- Исраилов М.М., Гасаналиев А.М., Гаматаева Б.Ю., и др. Синтез и принципы создания новых материалов на основе сложных систем // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16, № 10. С. 38–40. EDN: QILFNB
- Ганин Н.Б. Проектирование и прочностной расчет в системе КОМПАС-3D V13: самоучитель. 8-е изд., перераб. и доп. Москва: ДМК Пресс, 2011. 320 с. EDN: NQJSXJ
- Бурчаков А.В., Дворянова Е.М., Кондратюк И.М. Геометрическое моделирование фазового комплекса в трехкомпонентных системах на примере системы NaF-KF-CsF // На стыке наук. Физико-химическая серия: материалы III Международной научной Интернет-конференции (Казань, 29 января 2015 г.): в 2 т. / сост. Д.Н. Синяев. Казань: ИП Синяев Д.Н., 2015. Т. 1. С. 56–62. EDN: TQHIOP
- Егунов В.П., Гаркушин И.К., Фролов Е.И., и др. Термический анализ и калориметрия: учебное пособие. Самара: СамГТУ, 2013. 456 с. EDN: ZTCPUD
Supplementary files
