Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ЧЕТЫРЁХКОМПОНЕНТНОЙ ВЗАИМНОЙ СИСТЕМЫ NA, K // F, CL, WO4 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПОЛОГИИ И МЕТРИКИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СОЛЕВЫХ СИСТЕМ

Катасонова Е.А. 1
1 ФГБОУ ВПО Самарский государственный технический университет
Выявление топологического строения четырёхкомпонентной взаимной системы классическими экспериментальными методами очень трудоёмко и может занимать не один год. В связи с этим разработан универсальный алгоритм инновационного исследования многокомпонентных солевых систем (МКС), позволяющий в несколько десятков раз сократить время на проведение экспериментальных исследований. На основе приведённого в статье алгоритма создан автоматизированный комплекс дифференциации и построения древ фаз МКС. Данный комплекс позволяет автоматически дифференцировать фазовый комплекс исследуемой системы. Система Na, K // F, Cl, WO4 имеет двойные соединения: D2 – NaF*2Na2WO4, D4 – NaCl*2Na2WO4 , D6 - Na2WO4*K2WO4 , D8 - KF*K2WO4. В результате дифференциации выявлено семь фазовых единичных блоков (ФЕБов). Методом ДТА доказана правильность дифференциации четверной взаимной системы Na, K // F, Cl, WO4. На термической кривой охлаждения рассчитанного эвтектического состава системы NaF – KCl – K2WO4 отмечен единичный пик, соответствующий кристаллизации эвтектики при температуре 874K (601 ⁰C), что подтверждает стабильность секущего элемента и правильность разбиения. Таким образом, отпадает необходимость проведения исследования фаз стабильного треугольника NaF – KCl – K2WO4 методом РФА.
тройная эвтектика
эвтектика
дифференциация системы
метрика химической диаграммы
топология химической диаграммы
инконгруэнтно плавящееся соединение
конгруэнтно плавящееся соединение
древо фаз
взаимная система
1. Моргунова О.Е, Трунин А.С. Электронный генератор фазовых диаграмм физико-химических систем. Монография. Труды Самарской научной школы по физико-химическому анализу многокомпонентных систем. Ч.II/ О.Е. Моргунова, А.С. Трунин. Самара: СамГТУ‚ 2005. с.91-93
2. Моргунова О.Е. Методология автоматизированного комплексного исследования мно-гокомпонентных систем с применением моделирования и специализированного программ-ного обеспечения / О.Е. Моргунова // Сб. трудов X Междун. Курнаковского совещания по физико-химическому анализу в 2-х томах. Самара: Самар. гос. техн. ун-т. 2013. Т. 1. С. 154-155.
3. Программный комплекс «Dif Pro Generator» (автоматизированный программный ком-плекс исследования четырёхкомпонентных взаимных систем) / Чуваков А.В., Лукиных В.А., Котляров Н.В., Трунин А.С., Климова М.В., Моргунова О.Е., Будкин А.В. / Зарегистрирова-но в ОФАП 28.09.2005, № 5180. Код программы по ЕСПД 02068396.00008-01.
4. Трунин А.С. Комплексная методология исследования многокомпонентных систем / Самара: Cамар. гос. тех. ун-т, СамВен, 1997. 308с.
5. Трунин А.С. Мобильная малогабаритная установка дифференциального термического анализа с интерактивным управлением через ПК / А.С. Трунин, О.Е. Моргунова, Е.А. Катасонова, О.А. Грибенников, С.Е. Ломаева // Материалы IV Всероссийской с междун. участием научной Бергмановской конф. «Физико-химический анализ: состояние, проблемы, перспективы развития». Махачкала: Дагестанский гос. пед. ун-т. 2012. С. 76 – 79
6. Трунин А.С. Многокомпонентные солевые системы: методология исследования, до-стижения, перспективы (По материалам доклада на 68-х Курнаковских чтениях) / А.С. Тру-нин, О.Е. Моргунова // Журн. неорган. химии, 2012. Т. 57. № 8. С.1243-1250.
7. Трунин А.С. Дифференциальный термоанализатор нового поколения (Сб. тр. XIV межд.конф. по термическому анализу и калориметрии в России 23-28 сентября 2013 года.C-Петерб. гос техун-тет) // Трунин А.С., Моргунова О.Е., Катасонова Е.А., Кастерина Т.В., Ко-синский П.В. Санкт-Петербург.2013. С.409

Для дифференциации четырёхкомпонентной взаимной системы Na, K // F, Cl, WO4 использованы инновационные технологий исследования топологии и метрики многокомпонентных солевых систем [6].

Разработанный универсальный алгоритм инновационного исследования многокомпонентных систем представлен в табл.1 [2]. На основе приведённого алгоритма создан программный комплекс, позволяющий автоматизировать процесс дифференциации и построения древ фаз многокомпонентных систем (МКС). [3].

Литературные источники [2,3,6] развивают и автоматизируют комплексную методологию исследования многокомпонентных солевых систем [4]. В отличие от ранних экспериментальных исследований в качестве единичного (подтверждающего) эксперимента в статье использовано «Мобильное малогабаритное устройство дифференциального термического анализа (ММУ ДТА)» [5,7].

Цель работы

Дифференциация системы в соответствии с п.п. 1 (1.1-1.3) и её подтверждение - п.п. 2 (2.1) алгоритма (табл.1).

Материалы и методы исследования

Исследования неорганических солей проводились с использованием инновационных технологий и экспериментально подтверждались на установке ММУ ДТА.

Ранее система Na, K // F, Cl, WO4 была исследована частично [1,4].

Результаты исследования и их обсуждение

На рис.1 представлен граф, развёртка системы Na, K // F, Cl, WO4‚ а на рис.2 – древо фаз исследуемой системы, полученные с применением автоматизированного программного комплекса [3].

Таблица 1

Универсальный алгоритм исследования многокомпонентных систем с использованием инновационных технологий

Уровень

Содержание уровня

 

Постановка задачи исследования

 

Анализ исходных данных, разработка плана исследования, выбор программных продуктов

0

Нулевой информационный уровень-база данных

0.1.

Моделирование фазовых равновесий систем низшей мерности с применением программного обеспечения

0.2.

Сопоставление и анализ данных моделирования и эксперимента для ранее изученных систем

0.3.

Проведение подтверждающего (уточняющего) эксперимента методом рентгенофазового анализа или дифференциального термического анализа на ММУ ДТА

0.4.

Формирование и использование автоматизированных баз данных для реализации задач моделирования топологической структуры и метрики МКС

1

Первый информационный уровень – качественное описание системы

1.1

Дифференциация системы на фазовые единичные блоки (ФЕБы) с применением разработанных программных продуктов

1.2

Автоматическое построение древа фаз МКС

1.3

Проведение единичного подтверждающего (уточняющего) эксперимента методом рентгенофазового анализа или дифференциального термического анализа на ММУ ДТА

2

Второй информационный уровень – количественное описание системы

2.1

Расчёт характеристик нонвариантных равновесий с применением разработанных алгоритмов и программных продуктов, проведение единичного подтверждающего (уточняющего) эксперимента на ММУ ДТА

2.2

Определение характеристик моновариантных равновесий с применением разработанных алгоритмов и программ, проведение единичного подтверждающего (уточняющего) эксперимента на ММУ ДТА

2.3

Определение характеристик поливариантных равновесий расчетными или геометрическими методами с корректировкой по данным единичных экспериментов на ММУ ДТА

3.

Построение модели фазового комплекса МКС

Система Na, K // F, Cl, WO4 имеет двойные соединения: D2 - NaF*2Na2WO4, D4 - NaCl*2Na2WO4, D6 - Na2WO4*K2WO4 , D8 - KF*K2WO4. Стабильными диагоналями являются NaF - KCl и NaF - K2WO4. Соединения D4 и D8 - конгруэнтно плавящиеся соединения, соединения D2 и D6 - инконгруэнтно плавящиеся соединения. Эти данные были использованы для дифференциации системы в соответствии с программой [3].

Sourceа) Resultб)

Рис.1. Граф (а) и развертка (б) системы Na, K // F, Cl, WO4

В результате процедуры дифференциации выявлено семь фазовых единичных блоков (ФЕБов): 1. NaF-KF-KCl-D8; 2. NaF-K2WO4-KCl-D8; 3. Na2WO4-D4-D2-D6; 4.NaF-D4-D2-D6; 5. NaF-D4-KCl-D6; 6. NaF-K2WO4-KCl-D6; 7. NaCl-NaF-KCl-D4.

PhasesTree

Рис.2. Древо фаз системы Na, K // F, Cl, WO4

Для подтверждения достоверности дифференциации и древа фаз системы
Na, K // F, Cl, WO4 произведен расчет эвтектики стабильного треугольника системы NaF – KCl – K2WO4 (рис.3) в соответствии с методологией [1].

Рис.3. Стабильный треугольник системы NaF – KCl – K2WO4 (мол.%)

Данные по элементам огранения стабильного треугольника NaF – KCl – K2WO4 (рис.3) и расчёт тройной эвтектики взяты из [1], термограмма которой представлена на рис.4.

Безымянный

Рис.4. Термограмма рассчитанного эвтектического состава стабильного треугольника системы NaF – KCl – K2WO4 (мол.%)

Наличие единичного пика термограммы ДТА (рис.4) при 874 K свидетельствует о том, что правильность дифференциации четверной взаимной системы Na, K // F, Cl, WO4 доказана. Таким образом, отпадает необходимость проведения исследования фаз стабильного треугольника NaF – KCl – K2WO4 методом РФА.

Выводы:

  1. С помощью инновационных технологий проведена дифференциация четверной взаимной системы Na, K // F, Cl, WO4. Древо фаз состоит из семи фазовых единичных блоков и имеет разветвленную структуру.
  2. В статье впервые приводится информация об эффективном использовании автоматизированного программного комплекса для дифференциации и построения древ фаз на примере реальной четырёхкомпонентной взаимной системы Na, K // F, Cl, WO4.
  3. Разработан и апробирован аппаратно - программный комплекс «Мобильное малогабаритное устройство дифференциального термического анализа (ММУ ДТА)
  4. Показано, что важной составляющей инновационных методов исследования МКС является проведение единичного подтверждающего и уточняющего эксперимента методом ДТА. Такой подход выводит процесс исследования на качественно новый, инновационный уровень.

Рецензенты:

Решетов В.А., д.т.н., профессор кафедры физической химии Института химии Саратовского государственного университета, г.Саратов.

Алдабергенов Г.К., д.х.н., профессор, зав.кафедрой физической химии, катализа и нефтехимии Казахского национального университета им. аль-Фараби, г. Алматы.

Виноградова М.Г., д.х.н., профессор, профессор кафедры естественнонаучных дисциплин, Тверской институт экологии и права, г.Тверь.


Библиографическая ссылка

Катасонова Е.А. ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ЧЕТЫРЁХКОМПОНЕНТНОЙ ВЗАИМНОЙ СИСТЕМЫ NA, K // F, CL, WO4 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПОЛОГИИ И МЕТРИКИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СОЛЕВЫХ СИСТЕМ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=14137 (дата обращения: 23.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074