4.3.3. Диаграмма растворимости двух солей с одноименным ионом и образованием двойной соли

Если соли с общим ионом способны образовывать двойную соль или образуют кристаллогидраты, то на диаграмме имеется столько же ветвей, описывающих составы насыщенных растворов, сколько различных типов кристаллов может выделяться из раствора.

Диаграмма растворимости двух солей с одноименным ионом в случае образования двойной соли по реакции показана на рис. 66.

Точки S_AX и S_AY показывают растворимость солей AY и АХ в чистой воде. Линия S_AX-E₁ показывает концентрацию растворов, насыщенных солью AY, а линия S_AY-E₂ - насыщенных солью АХ. Линия Е₁-Е₂ соответствует концентрациям растворов, насыщенных относительно двойной соли AX·AY.

Поле I содержит одну фазу – ненасыщенный раствор солей АХ и AY в воде.

Состоянию двухфазного равновесия отвечают поле II – кристаллы AY и раствор состава S_AY-E₁, насыщенный относительно соли AY; поле IV – здесь идет образование осадка двойной соли из раствора состава Е₁-Е₂, насыщенного относительно AX·AY; поле VI – в равновесии находятся кристаллы вещества AX и насыщенный раствор состава S_AX-E₂.

В полях III и V диаграммы в равновесии находятся три фазы. В поле III система состоит из кристаллов AY, AX·AY и раствора, насыщенного этими солями, состав которого отвечает эвтонической точке Е₁, а в поле V в равновесии находятся раствор, насыщенный солями АХ и AX·AY, состав которого соответствует другой эвтонической точке Е₂, и кристаллы этих солей.

Методика расчета количества твердой фазы и ее состава для полей II и IV аналогична рассмотренной ранее в п. 4.3.2.

Точке 1 (400 г AY, 70 г AX и 1000 г Н₂О) соответствует насыщенный раствор состава 1', содержащий 290 г AY и 70 г AX.

Масса кристаллов AY:

.

Массовая доля твердой фазы составляет:

.

Точке 2, расположенной в поле VI (350 г AX, 80 г AY на 1000 г Н₂О) соответствует насыщенный раствор состава 2', содержащий 285 г AX и 80 г AY.

Масса кристаллов AХ:

.

Массовая доля твердой фазы составляет:

.

Для остальных полей диаграммы расчет состава фигуративных точек отличается. В качестве примера рассмотрим фигуративную точку 3 в области IV диаграммы (рис. 66-б). Эта точка отвечает двухфазной системе, состоящей из 100 г воды, 300 г АХ и 300 г AY. Часть этих солей находится в составе кристаллов двойной соли, причем в мольном соотношении, равном 1:1. Поэтому чтобы найти состав насыщенного двойной солью раствора, отвечающего фигуративной точке 3, нужно из этой точки провести прямую линию под углом 45° до пересечения с линией Е₁-Е₂ (точка 3'). В насыщенном растворе на 1000 г воды приходится 190 г АХ и 190 г AY. Следовательно, в составе твердой фазы содержится

;

Рис. 66. Диаграмма растворимости двух солей с одноименным ионом и образованием двойной соли в треугольнике Гиббса (а) и прямоугольных координатах (б).

и .

Тогда массовая доля осадка двойной соли:

.

В точке 4 (240 г AX, 470 г AY на 1000 г воды), расположенной в области III диаграммы, система состоит из раствора состава Е₁, содержащего 150 г АХ и 250 г AY, и кристаллов AY и AX·AY. Чтобы найти количество кристаллов AY и AX·AY следует определить, как будет меняться состав системы при удалении из нее твердой фазы. Удаление кристаллов AY влечет за собой смещение фигуративной точки 4 вниз по вертикальной линии к точке 4'. В точке 4' (240 г АХ и 335 г AY на 1000 г воды) система состоит только из кристаллов двойной соли и насыщенного ею раствора состава E₁. Из системы можно извлечь

.

При удалении из системы кристаллов двойной соли фигуративная точка смещается от точки 4' к точке Е₁. Масса двойной соли, выделившаяся при этом переходе:

.

Таким образом, в точке 4 система представлена кристаллами соли AY (135 г), кристаллами двойной соли (175 г) и насыщенным раствором, содержащим 150 г АХ, 250 г AY и 1000 г воды.

Рассчитать состав точки 4 можно по пути 4-4'' (удаление AX·AY) и 4''-Е₁ (удаление AY).

В точке 5 (425 г AX, 220 г AY на 1000 г воды), расположенной в области III диаграммы, система состоит из раствора состава Е₂ и кристаллов AY и AX·AY. Массу кристаллов AX можно вычислить по разности составов точки 5 и 5' (или по разности составов 5'' и Е₂):

.

Массу кристаллов AX·AY можно вычислить по разности составов точек 5' и Е₂:

.

Итого в точке 5 присутствуют кристаллы AX массой 100 г, кристаллы AX·AY массой 145 г и раствор, содержащий 250 г AX, 150 г AY и 1000 г воды