4.3.5. 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).

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 S_AY-E₁, насыщенный относительно AY), поле IV (кристаллы L и раствор состава E₁-E₂, насыщенный относительно кристаллогидрата двойной соли L) и в поле V (кристаллы вещества K – кристаллогидрата соли AX и раствор состава E₂-K, насыщенный относительно K).

Трехфазные системы с присутствием жидкой фазы находятся в поле III (кристаллы AY, кристаллы L и раствор состава E₁, насыщенный по обоим веществам) и поле VI (кристаллы K и L и раствор состава Е₂, насыщенных по обоим кристаллогидратам).

Рис. 68. 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).

4.3.6. 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. 4).

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

4.3.7. Пример расчета диаграммы Пример 7. Описать диаграмму состояния трехкомпонентной водно-солевой системы с одноименным ионом (рис. 69).

Р ис. 69. Задание к примеру 7.

Решение. 1. Описание диаграммы: на рисунке 69 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. 70.

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 S_AY-E. На линии S_AY-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 S_AX-E. Линия S_AX-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.

Р ис. 70. Разметка диаграммы: поля, точки и линии.

4. Путь кристаллизации точек задается из начала координат и показан на рис. 71.

Р ис. 71. 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
1	19,4	16,1		3	AX	100	0	6,5	1
					AY	0	100	8,1
					ЖЕ	20	12,5	85,5
	Осадок (AX + AY)					44,4	56,6	14,5	-
2	25,0		3,6	2	AX	100	0	8,9	2
					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':

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Основные понятия и определения 3

2. Диаграммы состояния однокомпонентных (унарных) систем 6

2.1. Типы полиморфных превращений 11

3. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах 11

3.1. Общие понятия и определения 11

3.1.1. Правило рычага 16

3.2. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах жидкость – жидкость и жидкость – пар 16

3.2.1. Характеристика двухкомпонентных систем 16

3.2.2. Типовые диаграммы неконденсированных систем 17

3.2.2.1. Диаграммы состояния неконденсированных систем с неограниченной растворимостью в жидком состоянии 17

3.2.2.2. Диаграммы состояния неконденсированных систем с ограниченной взаимной растворимостью компонентов в жидком состоянии 23

3.2.3. Общие рекомендации по решению задач 26

3.2.4. Примеры решения задач 27

3.3. Фазовые равновесия в конденсированных двухкомпонентных системах 33

3.3.1. Краткие теоретические сведения 33

3.3.2. Типовые диаграммы состояния двухкомпонентных конденсированных систем 35

3.3.2.1. Простейшая диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы 35

3.3.2.2. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с полиморфным превращением одного из компонентов 38

3.3.2.3. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с ограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии 39

3.3.2.4. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии 41

3.3.2.5. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии 44

3.3.2.6. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с твердым раствором и полиморфным превращением 46

3.3.2.7. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с одним химическим соединением, плавящимся без разложения (конгруэнтно) 49

3.3.2.8. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с одним химическим соединением, плавящимся с разложением (инконгруэнтно) 52

3.3.2.9. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с образованием химического соединения с переменным составом (бертоллида) 54

3.3.3. Последовательность расшифровки диаграммы состояния двухкомпонентной конденсированной системы 56

3.3.4. Пример решения задачи 57

3.3.5. Построение диаграмм состояния двухкомпонентных систем 61

3.3.5.1. Построение диаграмм состояния по экспериментальным данным 61

3.3.5.2. Построение диаграмм состояния двухкомпонентных конденсированных систем по заданной характеристике компонентов 64

4. Фазовые равновесия в трехкомпонентных конденсированных системах 73

4.1. Общие теоретические сведения 73

4.1.1. Треугольник Гиббса 74

4.1.2. Треугольник Розебома 77

4.1.3. Правило луча 78

4.1.4. Сечения объемной диаграммы при заданной температуре 80

4.1.5. Применение правила рычага для трехкомпонентных систем 81

4.1.6. Проекция нескольких сечений на концентрационный треугольник 82

4.2. Типовые диаграммы состояния трехкомпонентных конденсированных систем 83

4.2.1. Диаграмма состояния трехкомпонентной конденсированной системы без химических соединений и полиморфных превращений 84

4.2.2. Диаграмма состояния трехкомпонентной конденсированной системы с одним двойным химическим соединением, плавящимся без разложения 87

4.2.3. Диаграмма состояния трехкомпонентной конденсированной системы с одним химическим соединением, плавящимся с разложением (инконгруэнтно) 92

4.2.4. Диаграмма состояния трехкомпонентной конденсированной системы с одним тройным химическим соединением, плавящимся без разложения 99

4.2.5. Диаграмма состояния трехкомпонентной конденсированной системы с двумя двойными химическими соединениями, плавящимися без разложения 100

4.2.6. Диаграмма состояния трехкомпонентной конденсированной системы с тремя двойными химическими соединениями, плавящимися без разложения 104

4.2.7. Диаграмма состояния трехкомпонентной конденсированной системы с двумя тройными и тремя двойными химическими соединениями, плавящимися без разложения 106

4.2.8. Диаграмма состояния системы SiO₂-Al₂O₃-CaO 109

4.2.9. Порядок рассмотрения трехкомпонентной диаграммы состояния конденсированной системы 109

4.2.10. Пример расчета диаграммы 110

4.3. Трехкомпонентные водно-солевые системы 119

4.3.1. Общие теоретические сведения 119

4.3.2. Диаграмма растворимости в воде двух солей с одноименным ионом 120

4.3.3. Диаграмма растворимости двух солей с одноименным ионом и образованием двойной соли 126

4.3.4. Диаграмма растворимости двух солей с одноименным ионом и образованием кристаллогидрата одной из солей 131

4.3.5. Диаграмма растворимости двух солей с одноименным ионом и образованием кристаллогидрата двойной соли 137

4.3.6. Порядок рассмотрения трехкомпонентной диаграммы состояния водно-солевой системы 139

4.3.7. Пример расчета диаграммы 140

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Диаграммы состояния двойных металлических систем / Справочник под ред. Лякишева Н.П., М.: Машиностроение, 1996, Т. 1-3.

Аносов В.Я. Геометрия химических диаграмм двойных систем. М.: Изд-во АН СССР, 1959.

Диаграммы плавкости солевых систем / Справочник под ред. Посыпайко В.И., Алексеевой Е.А., М.: Металлургия, 1977, 204 с.

Дриц М.Е. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди, М.: Наука, 1979, 248 с.

Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа / Справочник под ред. Банных О.А., Дрица М.Е., М.: Металлургия, 1986, 440 с.

Древинг В.П., Калашников Я А. Правило фаз. М.: Изд-во МГУ, 1964.

Есин ОЛ., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. М.: Металлургиздат, 1954. Т. 1, 2.

Курнаков Н.С. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1960. Т. 1, 2.

Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.: Метал -лугиздат, 1962. Т. 1, 2.

153