Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

PHASE BALANCE IN THREEFOLD SYSTEMS CO(NH2)2 – (NH4)2HPO4 – H2O, CO(NH2)2 – (NH4)2SO4 – H2O, CO(NH2)2 – NH4CL – H2O AT 25°C

Noskov M.N. 1 Mazunin S.A. 1
1 Perm state national research university
Оптимизированным методом сечений исследованы фазовые равновесия при 25 °C в тройных водно-солевых системах, содержащих карбамид и следующие соли аммония: сульфат, гидрофосфат и хлорид. Система CO(NH2)2 – (NH4)2SO4 – H2O имеет простой эвтонический тип, установлены составы фаз, участвующих в нонвариантном равновесии, изучены линии моновариантных равновесий. Система CO(NH2)2 – (NH4)2HPO4 – H2O имеет простой эвтонический тип, установлены составы фаз, участвующих в нонвариантном равновесии, изучены линии моновариантных равновесий. В системе CO(NH2)2 – NH4Cl – H2O образуется инконгруэнтно растворимое химическое соединение состава NH4Cl·CO(NH2)2, установлены составы фаз, участвующих в нонвариантных перитоническом и эвтоническом равновесиях, изучены линии моновариантных равновесий. Полученные данные могут быть использованы в качестве справочных или для выбора оптимальных составов жидких удобрений.
Optimized method of sections investigated phase equilibria at 25°C in ternary water-salt systems containing urea and ammonium salts of the following: sulfate, phosphate and chloride. The system CO(NH2)2 - (NH4)2SO4 - H2O at 25°C has a simple evtonic type studies established the compositions of phases involved in the nonvariant equilibria, studied lines of univariant equilibria. The system CO(NH2)2 - (NH4)2HPO4 - H2O at 25°C has a simple evtonic type studies established the compositions of phases involved in the nonvariant equilibria, studied lines of univariant equilibria. In the system CO(NH2)2 - NH4Cl - H2O at 25°C is formed incongruently soluble compound of NH4Cl·CO (NH2)2, the studies established the compositions of phases involved in the nonvariant equilibria peritonicheskom and evtonic, studied lines of univariant equilibria. The data obtained can be used as reference or to select the optimum compositions of liquid fertilizer.
the threefold water-salt systems
the optimized method of sections
phase balance
inkongruentny connection

  Введение

Исследование фазовых равновесий в тройных водно-солевых системах целесообразно проводить комбинированным методом и оптимизированным методом сечений [1-5]. Ниже приведены результаты применения оптимизированного метода сечений для исследования тройных водно-солевых систем, содержащих карбамид и сульфат, гидрофосфат, хлорид аммония при 25 °C.

Экспериментальная часть

Для исследования использовались карбамид, соли аммония марки «ХЧ», дистиллированная вода. Термостатирование проводилось при помощи термостата, марки WiseCircu с погрешностью ±0.1 °C, показатель преломления измерялся на рефрактометре ИРФ - 454 Б2М с погрешностью ±1∙10-4 единиц.

Изучение фазовых равновесий в системе CO(NH2)2 - (NH4)2SO4 - H2O

В литературе имеются данные о растворимости в системе при 30 °С [5]. Для определения точек на границах нонвариантной области изучались изогидрические разрезы с содержанием воды 28.11 и 20.00% мас. (1-2, 3-4 соответственно, рис. 1). Определение реперных точек на канодах позволило вычислить основные коэффициенты, состав нонвариантного раствора и твердых фаз, его насыщающих. Линия моновариантных равновесий карбамида и жидкой фазы изучалась при помощи сечений, составленных растворами сульфата аммония, содержащих (% мас.) 8.80, 20.81, 32.44 (7, 6, 5 соответственно, рис. 1), и кристаллами карбамида. Изучение линии моновариантного равновесия сульфата аммония и жидкой фазы производилось на основе растворов, содержащих (% мас.): CO(NH2)2 - 11.36, 21.26, 34.80 и 44.03 (8, 9, 10, 11 соответственно, рис. 1), к которым добавлялись кристаллы сульфата аммония. 

Результаты исследований приведены на рис. 1 и сведены в табл. 1.

Рис. 1. Система CO(NH2)2 - (NH4)2SO4 - H2O при 25 °С.

Изотерма растворимости системы имеет простой эвтонический тип. Равенство основных коэффициентов (табл. 1, рис. 1) свидетельствует, что эвтонический раствор насыщен относительно карбамида и сульфата аммония.

Изучение фазовых равновесий в системе CO(NH2)2 - (NH4)2HPO4 - H2O

Данные о растворимости в системе не обнаружены, изотерма исследована впервые. Для определения нонвариантной области изучали изогидрические сечения с содержанием воды % мас. 38.11 и 33.49 и сечение («прокол») на основе раствора гидрофосфата аммония 35.08% мас. и карбамида. Определены реперные точки на предельных нодах, вычислены основные коэффициенты, по которым определен состав нонвариантного раствора системы. Изучены линии моновариантного равновесия карбамида и гидрофосфата аммония, сечениями с содержанием % мас.: (NH4)2HPO4 - 6.13 и 12.80 (6, 5, рис. 2) CO(NH2)2 - 12.43, 22.50, 32.99, 45,19 (7, 8, 9, 10 соответственно, рис. 2).

Таблица 1 - Фазовые равновесия в системе CO(NH2)2 - (NH4)2SO4 - H2O при 25 °C

Точки

Реперные точки, % мас.

Формула

Основные коэффициенты

(NH4)2SO4

CO(NH2)2

H2O

1

35.78

36.11

28.11

{CO(NH2)2}/{H2O}

1,284596

3

54.21

25.79

20.00

{CO(NH2)2}/{H2O}

1,289500

2

21.45

50.44

28.11

{(NH4)2SO4}/{H2O}

0,763074

4

15.20

64.80

20.00

{(NH4)2SO4}/{H2O}

0,760000

Точки

Состав жидкой фазы, % мас.

Твердая фаза

(NH4)2SO4

CO(NH2)2

H2O

R1

43.46

-

56.54

(NH4)2SO4

a1

40.66

6.74

52.60

(NH4)2SO4

a2

37.75

13.23

49.02

(NH4)2SO4

a3

33.20

23.25

43.55

(NH4)2SO4

a4

29.98

30.83

39.19

(NH4)2SO4

E

24.98

42.22

32.80

(NH4)2SO4+CO(NH2)2

b3

18.19

43.93

37.88

CO(NH2)2

b2

11.23

46.05

42.72

CO(NH2)2

b1

4.50

50.11

45.39

CO(NH2)2

R2

-

54.40

45.60

CO(NH2)2

Изотерма растворимости системы имеет простой эвтонический тип. Равенство основных коэффициентов (табл. 2, рис. 2) свидетельствует, что эвтонический раствор насыщен относительно карбамида и гидрофосфата аммония.

Изучение фазовых равновесий в системе CO(NH2)2 - NH4Cl - H2O

В литературе имеются данные о растворимости в системе при 15 и 30 °С [5]. Компоненты системы образуют инконгруэнтное соединение состава NH4Cl·CO(NH2)2. Для определения  нонвариантных областей изучались изогидрические разрезы с содержанием воды 22.60, 17.16 и 31.76% мас. и сечение («прокол») на основе раствора карбамида с концентрацией 51.92% мас. и кристаллов хлорида аммония. Определены реперные точки на предельных нодах и основные коэффициенты, вычислен состав перитонического и эвтонического нонвариантного раствора. Изучены линии моновариантного равновесия хлорида аммония, соединения и карбамида. Сечения, для нахождения линий моновариантного равновесия, готовились на основе растворов, с содержанием % мас.: NH4Cl - 10.30, 20.60 (11, 10, соответственно, рис. 3); CO(NH2)2 - 10.32, 21.70, 34.01, 43,58, 49.89, 51.92 (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 соответственно, рис. 3); 9.96 - NH4Cl, 50.78 - CO(NH2)2, 39.27 - H2O (19 соответственно, рис. 3). Для наших исследований соединение хлорида аммония и карбамида было предварительно синтезировано.

Рис. 2. Система CO(NH2)2 - (NH4)2HPO4 - H2O при 25 °С.

Таблица 2 - Фазовые равновесия в системе CO(NH2)2 - (NH4)2HPO4 - H2O при 25 °C

Точки

Реперные точки, % мас.

Формула

Основные коэффициенты

(NH4)2HPO4

CO(NH2)2

H2O

1

20.61

41.25

38.14

{CO(NH2)2}/{H2O}

1,08146

3

30.11

36.40

33.49

{CO(NH2)2}/{H2O}

1,08689

2

8.80

53.09

38.11

{(NH4)2HPO4}/{H2O}

0,23091

4

7.61

58.90

33.49

{(NH4)2HPO4}/{H2O}

0,22723

E

9.90

46.87

43.23

 

 

Точки

Состав жидкой фазы, % мас.

Твердая фаза

(NH4)2HPO4

CO(NH2)2

H2O

R4

40.77

-

59.23

(NH4)2HPO4

x1

33.85

8.22

57.93

(NH4)2HPO4

x2

27.31

16.36

56.33

(NH4)2HPO4

x3

20.39

26.26

53.35

(NH4)2HPO4

x4

13.23

39.21

47.56

(NH4)2HPO4

E

9.90

46.87

43.23

(NH4)2HPO4+CO(NH2)2

x5

6.46

49.57

43.97

CO(NH2)2

x6

2.91

52.47

44.62

CO(NH2)2

R2

-

54.40

45.60

CO(NH2)2

Изотерма системы имеет две нонвариантные области, помимо областей кристаллизации каждого компонента имеется область кристаллизации соединения хлорида аммония и карбамида. С помощью основных коэффициентов определены составы нонвариантных растворов и твердых фаз их насыщающих. Образующееся соединение имеет следующий состав: NH4Cl·CO(NH2)2.

 

Рис. 3. Система CO(NH2)2 - NH4Cl - H2O при 25 °С.

Заключение

Оптимизированным методом сечений исследованы фазовые равновесия при 25 °C в тройных водно-солевых системах, содержащих карбамид и следующие соли аммония: сульфат, гидрофосфат и хлорид. Система CO(NH2)2 - (NH4)2SO4 - H2O имеет простой эвтонический тип, установлены составы фаз, участвующих в нонвариантном равновесии, изучены линии моновариантных равновесий. Система CO(NH2)2 - (NH4)2HPO4 - H2O имеет простой эвтонический тип, установлены составы фаз, участвующих в нонвариантном равновесии, изучены линии моновариантных равновесий. В системе CO(NH2)2 - NH4Cl - H2O образуется инконгруэнтно растворимое химическое соединение состава NH4Cl·CO(NH2)2, установлены составы фаз, участвующих в нонвариантных перитоническом и эвтоническом равновесиях, изучены линии моновариантных равновесий. Полученные данные могут быть использованы в качестве справочных или для выбора оптимальных составов жидких удобрений.

Таблица 3 - Фазовые равновесия в системе CO(NH2)2 - NH4Cl - H2O при 25 °C

Точки

Реперные точки, % мас.

Основные коэффициенты

NH4Cl

NH4Cl·CO(NH2)2

CO(NH2)2

H2O

1

18.25

49.99

-

31.76

1,57383

2

42.00

35.40

-

22.60

1,56621

3

-7.14

71.92

-

35.22

-0,20283

4

-6.56

74.80

-

31.76

-0,20665

5

-4.64

82.04

-

22.60

-0,20545

P

-8.67

66.38

-

42.28

 

6

-

48.18

29.22

22.60

1,29284

7

-

60.62

22.22

17.16

1,29488

8

-

22.71

54.69

22.60

1,00492

9

-

17.19

65.65

17.16

1,00190

E

-

30.44

39.23

30.33

 

 

Точки

Состав жидкой фазы, % мас.

Твердая фаза

NH4Cl

CO(NH2)2

H2O

R3

28.21

-

71.79

NH4Cl

c1

27.30

7,50

65.20

NH4Cl

c2

25.60

16.14

58.26

NH4Cl

c3

23.98

25.85

50.17

NH4Cl

c4

22.92

33.59

43.49

NH4Cl

P

22.61

35.11

42.28

NH4Cl+NH4Cl·CO(NH2)2

c5

19.12

40.85

40.03

NH4Cl·CO(NH2)2

c6

18.80

42.16

39.04

NH4Cl·CO(NH2)2

c7

17.25

46.67

36.08

NH4Cl·CO(NH2)2

c8

14.88

50.84

34.28

NH4Cl·CO(NH2)2

E

14.34

55.33

30.33

NH4Cl·CO(NH2)2+CO(NH2)2

c9

9.35

54.60

36.05

CO(NH2)2

c10

4.70

54.36

40.94

CO(NH2)2

R2

-

54.40

45.60

CO(NH2)2

Рецензенты:

  • Дегтев М.И., д.х.н., профессор, зав. кафедрой аналитической химии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.
  • Кудряшова О.С., д.х.н., профессор, зав. НИО химии ЕНИ ПГНИУ, г. Пермь.