 |
Диаграмма растворимости двух солей с одноименным ионом и образованием кристаллогидрата двойной соли
|
|
|
|
 |
Если в виде кристаллогидрата выделяется химическое соединение, то составу кристаллогидрата отвечает точка (L), лежащая внутри треугольника (рис. 68).
Рис. 63. Диаграмма растворимости двух солей с одноименным ионом, с образованием кристаллогидрата одной из солей и кристаллогидрата двойной соли в треугольнике Гиббса (а) и прямоугольных координатах (б).
Поля диаграммы VII и VIII отвечают полностью закристаллизовавшимся системам: в поле VII в находятся 3 кристаллические фазы: AX, K и L; в поле VIII – AX, L и AY. Сторонам треугольников VII и VIII соответствуют двухфазные кристаллические системы. Например, на сторонах треугольника VII расположены двухфазные системы AX + L (граница с полем VIII), AX + K (основание треугольника) и K + L (граница с полем VI).
Двухфазные системы, содержащие жидкую фазу, расположены в поле II (кристаллы AY и раствор состава SAY - E 1, насыщенный относительно AY), поле IV (кристаллы L и раствор состава E 1- E 2, насыщенный относительно кристаллогидрата двойной соли L) и в поле V (кристаллы вещества K – кристаллогидрата соли AX и раствор состава E 2- K, насыщенный относительно K). Трехфазные системы с присутствием жидкой фазы находятся в поле III (кристаллы AY, кристаллы L и раствор состава E 1, насыщенный по обоим веществам) и поле VI (кристаллы K и L и раствор состава Е 2, насыщенных по обоим кристаллогидратам).
Составы соединений, образующихся в водно-солевых системах, определяют по правилу Шрайнемакерса, которое гласит: «Ноды пересекаются в точке, отвечающей составу соединения». Дело в том, что часто невозможно выделить соединение из раствора в чистом виде, чтобы определить его состав, т. к. многие двойные соли, а тем более кристаллогидраты, разлагаются при высушивании. Диаграмму получают следующим образом: готовят смеси компонентов определенных составов, тем самым задают фигуративные точки 1,2, 3 и т. д. После приведения образцов в равновесие отделяют насыщенные растворы и определяют их составы 1΄, 2΄, 3΄ и т.д. Через точки, нанесенные на треугольник составов, проводят линейные ноды. Точка их пересечения отвечает составу их соединения. Например, в поле 4 на рис. 63а. В этом состоит еще одно преимущество треугольных диаграмм.
|
|
|
Порядок рассмотрения трехкомпонентной диаграммы состояния водно-солевой системы
1. Перечертить диаграмму, соблюдая топологию, в заданном масштабе.
2. Дать общую характеристику диаграммы.
3. Обозначить поля диаграммы греческими или римскими цифрами.
4. Обозначить все значимые точки диаграммы: точки растворимости компонентов системы, эвтонические точки, точки образования кристаллогидратов и др.
5. Указать фазовый состав полей диаграммы.
7. Указать процессы, протекающие на граничных линиях и в значимых точках диаграммы.
10. Показать пути кристаллизации для заданных фигуративных точек диаграммы.
11. Рассмотреть свойства систем, заданных соответствующими фигуративными точками (табл. 3).
Таблица 4
Характеристика отдельных фигуративных точек диаграммы
| Точка | Общий состав системы, % | Кол-во фаз в точке | Наименование фаз | Состав каждой фазы, % | Относительное кол-во фаз, % | Число степеней свободы | ||
| АX | AY | АX | AY | |||||
Пример расчета диаграммы
Пример 7. Описать диаграмму состояния трехкомпонентной водно-солевой системы с одноименным ионом (рис. 64).
Рис. 64. Задание к примеру 7.
Решение. 1. Описание диаграммы: на рисунке 64 показана диаграмма состояния трехкомпонентной водно-солевой системы, содержащей две соли с одноименным ионом. В системе отсутствует образование двойных солей и кристаллогидратов.
|
|
|
2. Разметка значимых точек и нумерация полей диаграммы показана на рис. 65.
Рис. 65. Разметка диаграммы: поля, точки и линии.
3. Поле I – однофазная система, содержит раствор, ненасыщенный по обоим компонентам. Двухфазным системам отвечают поля II и IV. В поле II в равновесии находятся кристаллы AY и раствор, насыщенный по AY. Состав раствора отвечает линии SAY - E. На линии SAY - Е находится однофазная система – раствор, насыщенный относительно AY. В поле IV в равновесии находятся кристаллы AX и раствор, насыщенный по AX, концентрация которого меняется по линии SAX - E. Линия SAX - E – однофазная система, представленная раствором, насыщенным относительно AX. Трехфазному равновесию отвечает поле III, в котором из раствора состава Е, насыщенного по обоим компонентам кристаллизуются AX и AY. В точке Е существует однофазная система – эвтонический раствор.
4. Путь кристаллизации точек задается из начала координат и показан на рис. 66.
 |
Рис. 66. Пути кристаллизации фигуративных точек и их графический расчет.
Таблица 5.
Характеристика отдельных фигуративных точек диаграммы
| Точка | Общий состав системы, % | Кол-во фаз в точке | Наименование фаз | Состав каждой фазы, % | Относительное кол-во фаз, % | Число степеней свободы | ||
| АX | AY | АX | AY | |||||
| 19,4 | 16,1 | AX | 6,5 | |||||
| AY | 8,1 | |||||||
| ЖЕ | 12,5 | 85,5 | ||||||
| Осадок (AX + AY) | 44,4 | 56,6 | 14,5 | - | ||||
| 25,0 | 3,6 | AX | 8,9 | |||||
| Ж2' | 17,6 | 3,9 | 91,1 |
Расчет точки 1. В точке 1 система содержит 300 г AX, 250 г AY и 1000 г H2O.
Массовая доля компонента AX в системе:
.
Массовая доля компонента AY в системе:
.
Масса кристаллов AX:
.
Масса кристаллов AY:
.
Массовая доля жидкой фазы состава Е:
.
Массовая доля кристаллов AX в системе:
.
Массовая доля кристаллов AY в системе:
.
Массовая доля AX в растворе состава Е:
.
Массовая доля AY в растворе состава Е:
.
Массовая доля твердой фазы в системе:
.
Массовая доля AX в составе осадка:
.
Массовая доля AY в составе осадка:
.
Расчет точки 2. В точке 2 система содержит 350 г AX, 50 г AY и 1000 г H2O.
Массовая доля компонента AX в системе:
.
Массовая доля компонента AY в системе:
.
Масса кристаллов AX:
.
Массовая доля твердой фазы:
.
Массовая доля жидкой фазы состава 2':
.
Массовая доля AX в растворе 2':
|
|
|
.
Массовая доля AY в растворе 2':
.
|
|
|
