Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы




Скачать 244.17 Kb.
НазваниеФазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы
страница1/3
Дата15.03.2013
Размер244.17 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3
На правах рукописи


Трунова Анна Николаевна


Фазовые равновесия и

физико-химические свойства в рядах

растворов солеЙ элементов IIА-группы

Специальность 02.00.04 - физическая химия


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук


Самара - 2009

Работа выполнена на кафедре "Общая и неорганическая химия" Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет".


Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

заслуженный деятель науки РФ

Гаркушин Иван Кириллович


Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Ильин Константин Кузьмич

кандидат химических наук, доцент

Яшкин Сергей Николаевич


Ведущая организация: ГОУ ВПО «Башкирский государственный

университет»


Защита состоится "22" сентября 2009 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.217.05 при ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, ауд. 200.


Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.217.05; тел./факс. (846) 333 52 55

e-mail: kinterm@samgtu.ru


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета (ул. Первомайская, 18).


Автореферат разослан "21" августа 2009 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.217.05

кандидат химических наук, доцент _______________ В.С. Саркисова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Среди большого разнообразия теоретических методов априорного расчета физико-химических свойств соединений наибольшее распространение получили методы сравнительного расчета и многофакторного анализа, теория термодинамического подобия, корреляционный анализ и некоторые другие. Применительно к исследованию физико-химических свойств значительные успехи в теоретическом моделировании и аналитическом описании были достигнуты с применением метода сравнительного расчета, развитого в работах М.Х. Карапетьянца и его школы. Однако, указанные методы имеют существенные ограничения в прогнозировании физико-химических характеристик многокомпонентных систем вблизи точек нонвариантного термодинамического равновесия (эвтектик, эвтоник и т.д.), обладающих набором уникальных физико-химических параметров (наименьшая температура кристаллизации, повышенная растворяющая способность, анизотропия в оптических и электрических свойствах и др.). При этом экспериментальное исследование и теоретический прогноз таких точек остаются наиболее актуальными задачами физико-химического анализа. Кроме того, прогнозирование области существования таких составов, их структуры и физико-химических свойств позволяет значительно облегчить экспериментальное исследование многокомпонентных систем и оптимизировать получение материалов с необходимым набором заданных физических и физико-химических параметров.

Решение подобных задач возможно лишь при глубоком понимании сложных физико-химических процессов фазообразования в расплавах и в растворах, а также при выявлении взаимосвязи между различными морфологическими и физико-химическими характеристиками различных многокомпонентных систем. Настоящее исследование посвящено изучению указанных вопросов применительно к теории фазовых равновесий в водных растворах солей элементов IIA-группы периодической системы, термодинамическому описанию состояния их эвтонических составов, определению растворимости, а также установлению количественных соотношений "свойство раствора – характеристика элемента" на примере расчета электропроводности, вязкости и теплоемкости растворов указанных солей в широком температурном интервале. Особое место среди рассмотренных водно-солевых систем занимают растворы солей радия, свойства которых практически не изучены. Прогнозирование физико-химических свойств таких систем представляет большой теоретический и практический интерес для дальнейшего развития химии радиоактивных элементов

применительно к их анализу и выделению из различных природных и технологических объектов.

Расчетно-экспериментальное исследование систем с участием элементов IIA-группы проводилось в рамках тематического плана Самарского государственного технического университета (рег. № 01.2.00307529, № 01.2.00307530).

Цель работы и основные задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка методов прогнозирования состава и температуры эвтоник, а также физико-химических свойств в однотипных рядах водных растворов галогенидов, нитратов и нитритов элементов IIA-группы.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка методов расчёта характеристик эвтоник, физико-химических свойств в однотипных рядах водных растворов солей элементов IIA-группы;

- разработка алгоритма аналитического описания свойств с использованием построения зависимостей в различных системах координат;

- экспериментальное исследование коэффициента объемного термического расширения и энтальпии; расчет энтропии плавления эвтонических составов водно-солевых систем элементов IIA-группы;

- реализация разработанных методов расчета, алгоритма аналитического описания характеристик эвтоник и физико-химических свойств на примере рядов однотипных водных растворов солей элементов IIA-группы периодической системы.

Научная новизна работы.

Впервые для изокомпонентных рядов водных растворов солей элементов IIА-группы предложен метод расчета физико-химических свойств, основанный на взаимосвязи свойства с зарядом ядра атома элемента, входящего в состав растворимой соли.

Разработана методика аналитического описания свойств для водных растворов неорганических солей и предложено развитие существующих методов расчета свойств. Решена задача нивелирования значений свойств растворов путем преобразования координатных систем.

Разработан алгоритм аналитического описания изменения свойств в ряду однотипных водных растворов.

Получены математические зависимости изменения составов и температур эвтоник, а также электропроводности, теплоемкости, вязкости и др. в рядах растворов солей элементов IIA-группы с увеличением заряда ядра переменного элемента соли в составе раствора. Составлена математическая модель изменения плотности, вязкости, теплоемкости и тепло-

проводности по линиям изоконцентрационных сечений в ограниченной области температур до границы ликвидуса.

Результатом прогноза явилось определение количественных составов и температур эвтоник, а также электропроводности, теплоемкости, вязкости водных растворов галогенидов, нитратов и нитритов радия. Рассчитаны значения плотности, вязкости, теплоемкости и теплопроводности в области температур от 0 оС до границы ликвидуса.

Разработана методика экспериментального исследования объемного термического расширения растворов в заданном интервале температур (от температуры эвтоники до 25 оС). В результате ее апробации получены значения абсолютной разности объемов растворов, в том числе на границе фаз "жидкость-твердое", и коэффициенты объемного термического расширения для эвтонических составов систем: Ca(NO3)2-H2O, Sr(NO3)2-H2O, Ba(NO3)2-H2O, CaCl2-H2O, BaCl2-H2O и BaBr2-H2O.

Методом низкотемпературной дифференциальной сканирующей микрокалориметрии определены удельные энтальпии плавления и рассчитаны значения энтропии плавления эвтонических составов систем: Ca(NO3)2-H2O, Sr(NO3)2-H2O, Ba(NO3)2-H2O, CaCl2-H2O, BaCl2-H2O и BaBr2-H2O.

Практическая значимость работы. Предложенный подход к решению задач прогнозирования свойств, включающий метод расчета и адекватный выбор коррелируемых параметров, может быть использован для расчета характеристик эвтоник, а также для расчета физико-химических свойств в других рядах однотипных физико-химических систем. Результаты качественного и количественного прогноза диаграмм растворимости систем из галогенидов, нитратов и нитритов радия, характеристик эвтоник, а также физико-химических свойств предложено учитывать при работе с растворами токсичных солей радия с целью оптимизации их экспериментального исследования. Рассчитанные значения свойств водных растворов галогенидов (хлоридов, бромидов, иодидов), нитратов и нитритов элементов IIА-группы могут быть использованы в качестве справочных данных; их значения можно учитывать при использовании растворов в качестве теплоносителей и ингибиторов коррозии.

Основные научные результаты и положения, выносимые на защиту:

- методы и алгоритм расчета характеристик эвтоник, кривых растворимости и физико-химических свойств, разработанные для растворов солей элементов IIA-группы;

- результаты качественного и количественного прогноза растворимости и характеристик эвтоник (концентрация, температура) водных растворов галогенидов, нитратов и нитритов радия;

- результаты расчета физико-химических свойств (электропроводность, плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность) для ряда водных растворов галогенидов, нитратов и нитритов элементов
IIA-группы, включая соединения радия;

- результаты экспериментального исследования энтальпий плавления и коэффициентов объёмного термического расширения в рядах водных растворов галогенидов и нитратов щелочноземельных элементов и рассчитанные на их основе аналогичные характеристики для системы Ra(NO3)2-H2O.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались и докладывались на конференциях: I Международная конференция "Физико-химический анализ жидкофазных систем", Саратов, 2003; XVII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Казань, 2003; Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция "Компьютерные технологии в науке, практике и образовании", Самара, 2003; Международная научная конференция "Молодежь и химия", Красноярск, 2004; Вторая международная научно-практическая конференция "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности", Санкт-Петербург, 2006; Международная научная конференция "Инновационный потенциал естественных наук", Пермь, 2006; IV Всероссийская научная конференция с международным участием "Информационные технологии в математическом моделировании", Самара, 2007.

Публикации по теме работы. Основное содержание диссертации опубликовано в 18 работах, в том числе в 4-х изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертаций.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 160 страницах, включая 110 таблиц, 79 рисунков, и состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка цитируемой литературы из 134 наименований и 3 приложений.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель работы, научная новизна, практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор литературы по применению и свойствам солей IIA-группы, их растворов; методам расчета физико-химических свойств; прогнозированию и математическому моделированию диаграмм растворимости; методам экспериментального исследования

объемного термического расширения и тепловых эффектов фазового перехода «жидкость-твердое».

Во второй главе предложено описание метода р
Заряд ядра Z


Ca
асчета кривых ликвидусов, характеристик эвтонических составов, физико-химических свойств растворов, основанное на анализе рядов однотипных соединений в зависимости от заряда ядра элемента в составе растворимой соли, а также представлен алгоритм аналитического описания свойств водных растворов. Прогнозирование плотности, вязкости, теплопроводности и теплоемкости растворов в жидкой фазе для эвтонических составов и при температурах ниже 0 оС проводили посредством построения изотермических и изоконцентрационных сечений.

Метод изотермических сечений предполагает построение зависимости свойств при неизменном параметре состояния – температуре – и при переменном параметре – составе: 1) по некоторым известным свойствам (трем и более) проводим изотермические сечения (рис. 1); 2) проводим аналитическое описание имеющихся данных; 3) по функциональной зависимости от переменной величины заданного свойства осуществляем прогноз неизвестных значений путем интерполирования и экстраполирования при постоянной температуре (рис. 2). Данный метод предложено использовать, например, для расчета характеристик кривых ликвидусов для неизученных систем (рис.2, 3), искомые данные по которым отсутствуют в справочной литературе; а также для расчета свойств внутри одной системы в области температурных значений, где затруднено экспериментальное исследование. В методе изоконцентрационных сечений (рис. 3, 4), аналогично предыду­щему методу, проводим изоконцентрационные сечения свойства при переменном заданном параметре, например, температуре (рис. 2). По выбранным сечениям проводим аналитическое описание данных и строим графическую зависимость свойства от заданного параметра (температуры). В результате аналитического описания определяем искомые значения свойства при заданном значении известного параметра, например, для температур ниже 0 оС (рис. 4).

Разработана методика аналитического описания данных с использо­ванием различных систем координат применительно к растворам. Для расчета неизвестных значений в работе представлены зависимости в координатах F’=f(F”), где F’ – искомое физико-химическое свойство системы ряда, F” – заданное физико-химическое свойство системы ряда или его составляющих (например, заряд ядра атома элемента в ряду систем). Зависимости в координатах F’=f(F”) часто представлены ломаными линиями, но аналитическая зависимость изменения свойства может быть представлена в виде монотонно изменяющейся плавной кривой.




Для получения монотонно изменяющейся зависимости свойств в рядах однотипных соединений в зависимости от заряда ядра атома элемента предложено использовать ранее предложенное понятие "приведённое свойство" (свойство, отнесенное к заряду ядра атома элемента), а также введено понятие "произведение свойств" (свойство, умноженное на заряд ядра атома элемента). В данной работе для расчёта искомых характеристик эвтоник первоначально проводили качественный прогноз растворимости. Анализ кривых растворимости выполнен для участков ликвидусов в области доэвтонических составов, как наиболее важной. Его результаты позволили установить зависимости в изменении растворимости систем RaAn2-H2O (где An = Cl, Br, J, NO3; NO2). Кроме выше изложенного в теоретической части приведены основные эмпирические зависимости, используемые в работе для расчета термодинамических свойств и характеристик изменения объема растворов в зависимости от температуры. Также представлено описание расчета неизвестных свойств в связи с периодической зависимостью элементов по методу Д.И. Менделеева.

Аналитическое описание проводили с использованием различных систем координат. С
A
татистическая обработка данных по этим зависимостям проводилась методом наименьших квадратов, реализованном на ЭВМ при 95 % - ном доверительном интервале. На основе функциональных зависимостей с коэффициентами корреляции, приближенными к 1, выбирали систему координат для количественного расчета неизвестных значений. Далее проводилось сравнение оптимальных аналитических выражений как минимум по трем функциональным зависимостям в выбранной системе координат. Аналитические выражения с минимальными среднеквадратичными отклонениями рекомендовались как оптимальные для выбранной системы координат.

В
  1   2   3

Похожие:

Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы iconХимические свойства солей
Образовательные: привести в систему знания учащихся о составе, номенклатуре, классификации солей; дать представление о некоторых...
Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы iconВолокитин Г. Г., Горленко Н. П., Гузеев В. В. и др. Физико-химические основы строительного материаловедения: Учебное пособие
Бурцев Б. И., Глезер А. М., Колобов Ю. Р. и др. Структурно-фазовые состояния и свойства металлических систем. – Томск: Изд-во Научно...
Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы iconЭфиры целлюлозы на основе льняных волокон, содержащие карбоксиметильные и амидные группы, и их физико химические свойства
Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте высокомолекулярных соединений ран
Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы iconКомплекс уроков с использованием модульной технологии при изучении химии в 10 классе (физико-химический профиль) Химические свойства спиртов
Цели: в результате изучения темы учащиеся должны распознавать типы уравнений реакций, уметь составлять уравнения химических реакций,...
Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы iconСерная кислота. Производство серной кислоты
Цель урока: рассмотреть физические свойства и строение серной кислоты, химические свойства разбавленной и концентрированной кислот;...
Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы iconФизико-химические характеристики материалов на основе диоксида кремния и особенности адсорбции альбумина на их поверхностях
Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химии растворов ран
Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы iconЗакон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых периодов и главных подгрупп в зависимости от атомного (порядкового) номера
Металлы, их положение в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, строение атомов (на примере натрия, алюминия)....
Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы iconФизико – химические свойства почвы и здоровье человека
Одной из главнейших глобальных проблем нашего времени является обеспечение людей пищей. Однако с продуктами питания в организм могут...
Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы iconИсследование физико-химических процессов, протекающих
Вика – Тв органопластиков. Показано, что физико-химические процессы, протекающие на границе раздела фаз полимерная матрица – волокнистый...
Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы iconБиологическая химия реального пространственного соответствия форм
...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница