Журнал неорганической химии, 2022, T. 67, № 12, стр. 1818-1828
Древо фаз и исследование стабильных треугольника NaBr–BaMoO4–BaWO4 и тетраэдра NaBr–BaBr2–BaMoO4–BaWO4 системы Na+,Ba2+||Br–,${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$
М. А. Сухаренко a, *, И. К. Гаркушин a, В. Т. Осипов a, А. В. Радченко a
a Самарский государственный технический университет
443100 Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Россия
* E-mail: sukharenko_maria@mail.ru
Поступила в редакцию 31.03.2022
После доработки 03.06.2022
Принята к публикации 04.06.2022
- EDN: UFBYSF
- DOI: 10.31857/S0044457X22100415
Аннотация
Проведено теоретическое и экспериментальное исследование стабильных элементов четырехкомпонентной взаимной системы Na+,Ba2+||Br–,${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$. Проведено разбиение на симплексы на основе теории графов и построено древо фаз, которое имеет линейное строение и состоит из стабильного тетраэдра и пентатопа, разделенных секущим треугольником. Для стабильных элементов древа фаз проведен прогноз числа и состава кристаллизующихся фаз с учетом элементов огранения, в которых одновременно присутствуют молибдаты и вольфраматы натрия и бария, обладающие изоструктурными свойствами и образующие после расплавления и кристаллизации единую фазу – непрерывный ряд твердых растворов. Экспериментальное исследование системы выполнено методами ДТА и РФА. Установлено отсутствие в стабильных элементах системы точек нонвариантных равновесий и выявлена устойчивость непрерывных рядов твердых растворов на основе молибдатов и вольфраматов натрия и бария. Определены температуры плавления и составы сплавов, отвечающих точкам, лежащим на моновариантной кривой.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование фазовых равновесий в многокомпонентных системах и построение фазовых диаграмм на их основе являются важнейшим этапом разработки новых составов функциональных материалов. Молибдаты и вольфраматы щелочных и щелочноземельных металлов обладают рядом ценных свойств и находят широкое применение в различных областях промышленности, медицине и науке. Например, они используются как высокоэффективные материалы для ВКР-лазеров, в различных электрохимических устройствах, а также в качестве нелинейно-оптических и лазерных сред [1–3]. В медицине наночастицы вольфрамата бария используют в лучевой терапии.
Исследование фазовых равновесных состояний в многокомпонентных системах из солей, оксидов и органических соединений является актуальной задачей современного материаловедения, решением которой занимаются российские и зарубежные ученые [4–14]. Изучение фазовых равновесий в системах с участием галогенидов и кислородсодержащих солей щелочных и щелочноземельных металлов представлено в работах [15–21], однако системы с участием молибдатов и вольфраматов остаются недостаточно изученными.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Четырехкомпонентная взаимная система Na+,Ba2+||Br–,${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$ состоит из шести индивидуальных веществ, термические и термодинамические свойства которых приведены в табл. 1 [22, 23]. Развертка граневых элементов системы представлена на рис. 1.
Таблица 1.
Вещество | M, г/моль | Tпл, °С | Tф.п, °С | –ΔfHо, кДж/моль | –ΔfGо, кДж/моль | Ссылка |
---|---|---|---|---|---|---|
NaBr | 102.89 | 747 | – | 361.4 | 349.4 | [21] |
Na2WO4 | 293.83 | 698 | α→β 576 | 1470.0 | 1356.1 | [21] |
β→γ 589 | ||||||
Na2MoO4 | 205.92 | 688 | α→β 451 | 1469.0 | 1355.2 | [21] |
β→γ 585 | ||||||
γ→δ 635 | ||||||
BaBr2 | 297.14 | 857 | – | 757.8 | 738.6 | [22] |
BaWO4 | 385.16 | 1475 | – | 1698.7 | 1591.6 | [22] |
BaMoO4 | 297.27 | 1458 | – | 1533.3 | 1426.7 | [22] |
Разбиение на симплексы четырехкомпонентной взаимной системы Na+,Ba2+||Br–,${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$ проведено на основе теории графов путем составления матрицы смежности и решения логического выражения [24]. Матрица смежности исследуемой системы представлена в табл. 2.
Таблица 2.
Вещество | Индекс | X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | X6 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
NaBr | X1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Na2MoO4 | X2 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | |
Na2WO4 | X3 | 1 | 0 | 1 | 1 | ||
BaBr2 | X4 | 1 | 1 | 1 | |||
BaMoO4 | X5 | 1 | 1 | ||||
BaWO4 | X6 | 1 |
На основании данных табл. 2 составлено логическое выражение (ЛВ), представляющее собой произведение сумм индексов несмежных вершин:
(1)
${\text{ЛВ = (}}{{{\text{X}}}_{{\text{2}}}} + {{{\text{X}}}_{{\text{4}}}}{\text{)(}}{{{\text{X}}}_{{\text{3}}}} + {{{\text{X}}}_{{\text{4}}}}{\text{)}}{\text{.}}$Решая полученное логическое выражение с учетом закона поглощения, получим набор однородных несвязанных графов:
(2)
${\text{ЛВ}} = {{{\text{X}}}_{{\text{2}}}}{{{\text{X}}}_{{\text{3}}}} + {{{\text{X}}}_{{\text{4}}}}{\text{.}}$Путем выписывания недостающих вершин для несвязанных графов получена совокупность симплексов:
Общие элементы смежных симплексов образуют стабильный секущий элемент (стабильный треугольник):
Исходя из проведенного разбиения построено древо фаз системы (рис. 2), имеющее линейное строение и состоящее из стабильного тетраэдра (NaBr)2–BaBr2–BaMoO4–BaWO4 и стабильного пентатопа (NaBr)2–Na2MoO4–Na2WO4–BaMoO4–BaWO4, разделенных секущим треугольником (NaBr)2–BaMoO4–BaWO4.
На основании полученного древа фаз выполнен прогноз числа и состава кристаллизующихся фаз в каждом симплексе системы. Кристаллические решетки молибдатов и вольфраматов натрия и бария обладают изоструктурным строением и близостью ионных радиусов как ${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$ (0.254 нм), ${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$ (0.257нм), так и Mo+6 (0.055 нм), W+6 (0.056 нм) [25]. Поэтому в двойных системах огранения Na2MoO4 и Na2WO4, BaMoO4 и BaWO4 образуют единую фазу – непрерывный ряд твердых растворов Na2MoxW1– xO4 и BaMoxW1– xO4 соответственно. Благодаря этому в стабильных и секущих элементах древа фаз возможны четыре варианта прогноза:
– непрерывные ряды твердых растворов бинарных систем Na2MoO4–Na2WO4 и BaMoO4–BaWO4 являются стабильными в образуемых ими тройных и четверных системах. В данном случае в стабильном треугольнике будут кристаллизоваться две твердые фазы: NaBr и непрерывный ряд твердых растворов (НРТР) BaMoxW1 –xO4, в стабильном тетраэдре и пентатопе – по три твердые фазы: NaBr, BaBr2, НРТР BaMoxW1 –xO4 и NaBr, НРТР Na2(1– y)BayMoxW1 –xO4, НРТР BaMoxW1 –xO4 соответственно;
– непрерывные ряды твердых растворов бинарной системы Na2MoO4–Na2WO4 остаются стабильными в образуемых ими тройных и четверных системах, а НРТР бинарной системы BaMoO4–BaWO4 – нет. В этом случае в стабильном треугольнике будут кристаллизоваться три твердые фазы: NaBr, ОТР (ограниченный ряд твердых растворов) на основе BaMoO4 и ОТР на основе BaWO4; в стабильном тетраэдре – четыре твердые фазы: NaBr, BaBr2, ОТР на основе BaMoO4 и ОТР на основе BaWO4; в стабильном пентатопе – четыре твердые фазы: NaBr, НРТР на основе молибдата и вольфрамата натрия, ОТР на основе BaMoO4 и ОТР на основе BaWO4;
– непрерывные ряды твердых растворов бинарной системы BaMoO4–BaWO4 остаются стабильными в образуемых ими тройных и четверных системах, а НРТР бинарной системы Na2MoO4–Na2WO4 – нет. В данном случае в стабильном треугольнике будут две кристаллизующиеся фазы: NaBr и НРТР BaMoxW1– xO4; в стабильном тетраэдре – три кристаллизующиеся фазы: NaBr, BaBr2 и BaMoxW1 –xO4; в стабильном пентатопе – четыре кристаллизующиеся фазы: NaBr, ОТР на основе Na2MoO4, ОТР на основе Na2WO4, НРТР BaMoxW1 –xO4;
– непрерывные ряды твердых растворов бинарных систем Na2MoO4–Na2WO4 и BaMoO4–BaWO4 не являются стабильными в образуемых ими тройных и четверных системах. В таком случае в стабильном треугольнике будут наблюдаться три кристаллизующиеся фазы: NaBr, ОТР на основе BaMoO4 и ОТР на основе BaWO4; в стабильном тетраэдре – четыре кристаллизующиеся фазы: NaBr, BaBr2, ОТР на основе BaMoO4 и ОТР на основе BaWO4; в стабильном пентатопе – пять твердых фаз: NaBr, ОТР на основе Na2MoO4, ОТР на основе Na2WO4, ОТР на основе BaMoO4 и ОТР на основе BaWO4.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Приведем имеющиеся в литературе данные по элементам огранения четырехкомпонентной взаимной системы. Концентрации всех веществ выражены в молярных концентрациях эквивалентов.
Двухкомпонентные системы с общим катионом
Двухкомпонентная система (NaBr)2–Na2MoO4 – эвтектика e1 при температуре 526°С и составе 82.4% (NaBr)2 + 17.6% Na2MoO4. Твердые фазы – Na2MoO4 и NaBr [26].
Двухкомпонентная система (NaBr)2–Na2WO4 – двойная эвтектика e2 образуется при 569°С и составе 75.0% Na2WO4 + 25.0% (NaBr)2. Твердые фазы – NaBr, Na2WO4 [21].
Двухкомпонентная система Na2MoO4–Na2WO4 – непрерывный ряд твердых растворов с минимумом m при 676°С и 40.0% Na2MoO4 + 60.0% Na2WO4. Твердые фазы – Na2MoхW1 –хO4 [27].
Двухкомпонентная система BaBr2–BaMoO4 – эвтектика e3 с температурой плавления 758°С и составом 70.0% BaBr2 + 30.0% BaMoO4. Твердые фазы – BaBr2, BaMoO4 [27].
Двухкомпонентная система BaBr2–BaWO4 – эвтектика e4 с температурой плавления 813°С и составом 86.5% BaBr2 + 13.5% BaWO4. Твердые фазы – BaBr2, BaWO4 [21].
Двухкомпонентная система BaMoO4–BaWO4 – непрерывный ряд твердых растворов без экстремумов. Твердая фаза – BaMoxW1 –xO4 [25].
Двухкомпонентные системы с общим анионом
Двухкомпонентная система (NaBr)2–BaBr2 – эвтектика e5 с температурой плавления 600оС и составом 57.1% BaBr2 + 42.9% (NaBr)2. Твердые фазы – NaBr, BaBr2 [27].
Двухкомпонентная система Na2MoO4–BaMoO4 – эвтектика e6 при температуре 678°С и составе 90.3% Na2MoO4 + 9.7% BaMoO4, ограниченный ряд твердых растворов на основе молибдата натрия с максимумом max при температуре 694°C. Твердые фазы – ОТР на основе γ-Na2MoO4 и BaMoO4 [27].
Двухкомпонентная система Na2WO4–BaWO4 – эвтектика e7 при 680оС и составе 96.0% Na2WO4 + + 4% BaWO4. Твердые фазы – BaWO4 и ОТР на основе γ-Na2WO4 [21].
Трехкомпонентные системы
Трехкомпонентная система (NaBr)2–Na2MoO4–Na2WO4. НРТР на основе молибдата и вольфрамата натрия являются устойчивыми. В системе кристаллизуются две фазы: NaBr и Na2MoxW1 –xO4 [28].
Трехкомпонентная система BaBr2–BaMoO4–BaWO4. НРТР на основе молибдата и вольфрамата бария не распадаются. В системе кристаллизуются две фазы: BaBr2 и BaMoxW1 –xO4 [28].
Трехкомпонентные взаимные системы
Трехкомпонентная взаимная система Na+,Ba2+||Br–,${\mathbf{MoO}}_{{\mathbf{4}}}^{{{\mathbf{2}} - }}$ является эвтектической. Стабильная диагональ (NaBr)2–BaMoO4 разбивает квадрат составов на два стабильных треугольника, в каждом из которых образуется тройная эвтектика. Координаты тройных и квазитройной эвтектик приведены в табл. 3 [20].
Таблица 3.
Точка | Содержание вещества, экв. % | Тпл, оС | Твердые фазы | |||
---|---|---|---|---|---|---|
NaBr | Na2MoO4 | BaBr2 | BaMoO4 | |||
e8 | 89 | 11 | 721 | NaBr, BaMoO4 | ||
E1 | 42 | 53 | 5 | 525 | NaBr, β-Na2MoO4, BaMoO4 | |
E2 | 37 | 60 | 3 | 586 | NaBr, BaBr2, BaMoO4 |
Трехкомпонентная взаимная система Na+,Ba2+||Br–,${\mathbf{WO}}_{{\mathbf{4}}}^{{{\mathbf{2}} - }}$ также является эвтектической. Квадрат составов разбивается стабильной секущей (NaBr)2–BaWO4 на два стабильных треугольника. Температуры плавления и составы тройных и квазитройной эвтектик приведены в табл. 4 [21].
Таблица 4.
Точка | Содержание вещества, экв. % | Тпл, °С | Твердые фазы | |||
---|---|---|---|---|---|---|
NaBr | Na2WO4 | BaBr2 | BaWO4 | |||
e9 | 90 | 10 | 713 | NaBr, BaWO4 | ||
E3 | 25 | 74.5 | 0.5 | 566 | NaBr, BaBr2, BaMoO4 | |
E4 | 42 | 53 | 5 | 597 | NaBr, β-Na2MoO4, BaMoO4 |
Трехкомпонентная взаимная система Na+,Ba2+||${\mathbf{MoO}}_{{\mathbf{4}}}^{{{\mathbf{2}} - }}$,${\mathbf{WO}}_{{\mathbf{4}}}^{{{\mathbf{2}} - }}$ – образуются непрерывные ряды твердых растворов без экстремумов. Твердые фазы – Na2(1– y)BayMoxW1 –xO4 и BaMoxW1–xO4 [25].
Исследование фазовых равновесий в трехкомпонентной взаимной системе Na+,Ba2+||Br–, ${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$ и элементах ее огранения проводили с помощью дифференциального термического анализа (ДТА) на установке с верхним подводом термопар [29]. Установка включает печь шахтного типа, в которую опускаются платиновые микротигли (изделия № 108-3 по ГОСТ 13498-68) с исследуемым составом и индифферентным веществом – свежепрокаленным Al2O3 (ч. д. а.). Холодные спаи термостатировали при 0оС с помощью сосуда Дьюара с тающим льдом. Сигнал от термопар поступал на АЦП и преобразовывался в цифровой сигнал с выводом на компьютер. Фиксировали температурную и дифференциальную кривые [29]. Градуировку термопар осуществляли по известным температурам плавления полиморфных модификаций безводных неорганических солей [22, 23]. Исследования проводили до 750°С.
Скорость нагрева (охлаждения) образцов составляла 10–15 К/мин. Точность измерения температур составляла ±2.5°С при точности взвешивания составов на аналитических весах ±0.0001 г. Составы всех смесей, приведенных в настоящей работе, выражены в молярных концентрациях эквивалентов, температуры – в градусах Цельсия. Масса исходных смесей составляла 0.3 г.
Рентгенофазовый анализ (РФА) осуществляли с помощью метода Дебая–Шеррера (метод порошка) [30] на дифрактометре Arl X’tra. Прибор сконструирован по принципу вертикальной геометрии Брэгга–Брентано. Съемку дифрактограмм проводили в CuKα-излучении с никелевым β-фильтром. Режим съемки образца: напряжение на трубке 35 кВ, ток рентгеновской трубки 10 мА, скорость съемки 1 град/мин, угловые отметки через ${{\theta }} = {{1}^{{\text{o}}}}$. Образцы для РФА отжигали в платиновых тиглях при температуре на 10–20°С ниже температур конечного затвердевания расплавов в течение 2 ч, затем закаляли во льду, перетирали в агатовой ступке и запрессовывали в кюветы. Идентификацию фаз осуществляли по межплоскостным расстояниям d (нм) и относительным интенсивностям I/I0 (%) рефлексов с использованием картотеки ICDD и программы PCPDFWIN. Съемка рентгенограмм проведена в лаборатории РФА кафедры физики СамГТУ.
В работе использовали следующие реактивы: NaBr марки “х. ч.” (содержание основного вещества 99.9 мас. %), BaBr2 “х. ч.” (содержание основного вещества 99.9 мас. %), Na2WO4 “ч.” (содержание основного вещества 99.0 мас. %), BaWO4 “ч.” (содержание основного вещества 99.0 мас. %), Na2MoO4 “ч. д. а.” (содержание основного вещества 99.5 мас. %), BaMoO4 “ч.” (содержание основного вещества 99.0 мас. %). Температуры плавления исходных солей, кроме тугоплавких BaMoO4 и BaWO4, определенные методом ДТА (при точности измерения ±2.5°С) равны: NaBr – 747°С, BaBr2 – 857°С, Na2WO4 – 698°C, Na2MoO4 – 688°C, т.е. влияние имеющихся примесей на температуры плавления исходных солей незначительно. Таким образом, были приняты литературные данные для всех солей [22, 23]. Исходные реактивы были предварительно высушены и после охлаждения в сухом боксе помещены в бюксы, а бюксы – в эксикатор с осушителем (силикагель).
Секущий треугольник (NaBr)2–BaMoO4–BaWO4 экспериментально изучен методом ДТА. Проекция фазового комплекса на треугольник составов секущего треугольника (NaBr)2–BaMoO4–BaWO4 представлена на рис. 3. Треугольник образован двумя квазибинарными системами эвтектического типа ((NaBr)2–BaMoO4 и (NaBr)2–BaWO4) и двойной системой с непрерывным рядом твердых растворов (BaMoO4–BaWO4). Исследованием политермических разрезов AB (А [92% NaBr + 8% BaMoO4], В [92% NaBr + 8% BaWO4]) и NaBr → → $\bar {f}$ → f, представленных на рис. 4 и 5 соответственно, выявлены температура плавления и состав сплава, соответствующего точке f (718°С, 90% (NaBr)2 + 5% BaMoO4 + 5% BaWO4), лежащей на моновариантной кривой е8е9.
Для подтверждения состава твердых фаз был проведен рентгенофазовый анализ образца состава, соответствующего точке f (90% (NaBr)2 + 5% BaMoO4 + 5% BaWO4). Смесь из 0.8188 г NaBr, 0.0851 г BaMoO4, 0.0961 г BaWO4 гомогенизировали в ацетоне, помещали в печь шахтного типа, расплавляли, снижали температуру до 700°С и выдерживали в течение 2 ч. Дифрактограмма закаленного во льду образца показана на рис. 6, данные дифрактограммы приведены в табл. 5. В образце установлены следующие твердые фазы: NaBr, BaMoxW1– xO4.
Таблица 5.
Образец | NaBr (1) | BaMoO4 (2) | BaWO4 (2) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
d × 10–1 нм | I, % | фаза | d × 10–1 нм | d × 10–1 нм | d × 10–1 нм | d × 10–1 нм | d × 10–1 нм | d × 10–1 нм |
3.62 | 51.15 | (1) | 3.441560 | 57 | ||||
3.36 | 18.99 | (2) | 3.357000 | 100 | 3.367000 | 100 | ||
2.96 | 100 | (1) | 2.980470 | 100 | ||||
2.79 | 13.52 | (2) | 2.789000 | 25 | 2.805000 | 30 | ||
2.87 | 36.48 | (1) | 2.980470 | 100 | ||||
2.10 | 23.68 | (2) | 2.104000 | 30 | 2.104000 | 35 | ||
1.72 | 24.74 | (1) | 1.797290 | 20 | ||||
1.71 | 15.37 | (1) | 1.720780 | 19 | ||||
1.49 | 23.15 | (1) | 1.490240 | 8 | ||||
1.36 | 16.52 | (1) | 1.367540 | 7 | ||||
1.33 | 28.45 | (1) | 1.332910 | 20 | ||||
1.22 | 20.41 | (1) | 1.216770 | 13 |
Стабильный тетраэдр (NaBr)2–BaBr2–BaMoO4–BaWO4 исследован методом ДТА. Развертка граневых элементов стабильного тетраэдра представлена на рис. 7. Для экспериментального исследования стабильного тетраэдра в объеме кристаллизации бромида бария было выбрано двумерное политермическое сечение abc (a [22% (NaBr)2 + 78% BaBr2]; b [22% BaMoO4 + 78% BaBr2], c [22% BaWO4 + 78% BaBr2), рис. 8. В данном сечении был изучен одномерный политермический разрез CD (C [96% a + 4% b]; D [96% a + + 4% c]), рис. 9. Исследованием серии политермических разрезов a → $\bar {\bar {d}}$ → $\bar {d}$ и BaBr2 → $\bar {d}$ → d (рис. 10, 11) выявлены температура плавления и состав сплава, соответствующий точке d (588°С, 35% (NaBr)2 + 0.7% BaMoO4 + 0.7% BaWO4 + + 63.5% BaBr2), лежащей на моновариантной кривой Е2Е3.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В исследуемой четырехкомпонентной взаимной системе Na+,Ba2+||Br–,${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$ тройные эвтектики образуются в двух смежных тройных взаимных системах: Na+,Ba2+||Br–,${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$ и Na+,Ba2+||Br–,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$, а в двух тройных системах Na+||Br–,${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$ и Ba2+||Br–,${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$ и в одной тройной взаимной системе Na+,Ba2+||${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$ образуются непрерывные ряды твердых растворов на основе молибдатов и вольфраматов натрия и бария. Это является условием отсутствия точек нонвариантных равновесий в четырехкомпонентной взаимной системе.
Разбиение на симплексы четырехкомпонентной взаимной системы Na+,Ba2+||Br–,${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$, ${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$ конверсионным методом позволило построить древо фаз системы. Оно имеет линейное строение и состоит из стабильного тетраэдра и пентатопа, разделенных секущим треугольником. В стабильных и секущих элементах древа фаз присутствуют молибдаты и вольфраматы натрия и бария, которые имеют изоморфное строение и после расплавления образуют единую твердую фазу. Поэтому в стабильных элементах могут быть четыре варианта прогноза кристаллизующихся фаз.
Экспериментальные исследования, проведенные методами ДТА и РФА, подтвердили вариант прогноза кристаллизующихся фаз, который предполагает устойчивость твердых растворов на основе молибдата и вольфрамата бария. В секущем треугольнике (NaBr)2–BaMoO4–BaWO4 фазовые равновесия исследованы методом ДТА. На Т–х-диаграмме политермического разреза АВ видно отсутствие эффектов, соответствующих третичной кристаллизации, что свидетельствует об отсутствии тройных точек нонвариантных равновесий и устойчивости НРТР BaMoxW1 –xO4. Линия первичной кристаллизации представлена в виде плавной кривой и соответствует кристаллизации из расплава бромида натрия. Линия вторичной кристаллизации представлена в виде “линзы” и соответствует совместной кристаллизации бромида натрия и твердых растворов на основе молибдата и вольфрамата бария. Фазовая диаграмма представлена следующими полями: выше линии ликвидуса – поле жидкости; между ликвидусом и “линзой” – поле совместного сосуществования жидкости и кристаллов бромида натрия; внутри линзы – поле совместного сосуществования жидкости и кристаллов бромида натрия и НРТР BaMoxW1 –xO4; ниже солидуса (“линзы”) – поле совместного сосуществования двух твердых фаз: NaBr и BaMoxW1 –xO4. Экспериментально определены координаты (температура плавления и состав) точки f, лежащей на моновариантной кривой е8е9, установлено отсутствие экстремумов на Т–х‑диаграмме. Любому составу, соответствующему точке на моновариантной кривой е8е9, соответствует фазовое равновесие ж ⇄ NaBr + BaMoxW1 –xO4. Проекция фазового комплекса квазитройной системы (NaBr)2–BaMoO4‒BaWO4 на треугольник составов представлена двумя полями: бромида натрия и НРТР BaMoxW1 –xO4. Наибольшее поле кристаллизации принадлежит фазе твердых растворов, так как их температуры плавления значительно выше температуры плавления бромида натрия. РФА также подтверждает наличие в треугольнике двух твердых фаз, одной из которых является НРТР BaMoxW1 –xO4. По данным [25], распад твердых растворов происходит при температуре 140 К для смеси с содержанием 0.5 мол. % BaMoO4 + 0.5 мол. % BaWO4. На дифрактограмме видно наличие рефлексов, соответствующих фазе бромида натрия и единой фазе НРТР, рефлексы находятся между значениями, соответствующими молибдату и вольфрамату бария (табл. 5).
Экспериментальное изучение стабильного тетраэдра (NaBr)2–BaBr2–BaMoO4–BaWO4 методом ДТА показало, что совместная кристаллизация четырех твердых фаз отсутствует, это свидетельствует об устойчивости НРТР на основе молибдата и вольфрамата бария и отсутствии четверных эвтектических точек. Т–х‑диаграмма политермического разреза CD (рис. 11) представлена пятью полями: выше линии ликвидуса – однофазное поле жидкого состояния (ж), между линиями первичной и вторичной кристаллизации – двухфазное поле ж + BaBr2, между линиями вторичной и третичной кристаллизации – трехфазное поле ж + NaBr + BaBr2, внутри “линзы” – четырехфазное поле ж + NaBr + BaBr2 + BaMoxW1 –xO4, ниже линии солидуса – поле совместного существования трех твердых фаз: NaBr + BaBr2 + + BaMoxW1 –xO4. Экспериментально выявлены температура плавления и состав точки d, лежащей на моновариантной кривой Е2E4. Установлено, что на моновариантной кривой Е2E4 отсутствуют экстремумы. Любому составу, соответствующему точке, лежащей на моновариантной кривой Е2E3, соответствует фазовое равновесие ж ⇄ NaBr + + BaBr2 + BaMoxW1 –xO4. Эскиз объемов кристаллизации стабильного тетраэдра (NaBr)2–BaBr2–BaMoO4–BaWO4 показан на рис. 12.
Экспериментальное исследование стабильного пентатопа не проводили. Исходя из данных, полученных при исследовании секущего треугольника (NaBr)2–BaMoO4–BaWO4 и стабильного тетраэдра (NaBr)2–BaBr2–BaMoO4–BaWO4, можно предположить, что точки нонвариантных равновесий в пентатопе отсутствуют.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В четырехкомпонентной взаимной системе из бромидов, молибдатов и вольфраматов натрия и бария проведено разбиение на симплексы на основе теории графов и построено древо фаз системы. Оно имеет линейное строение и состоит из стабильных тетраэдра и пентатопа, разделенных секущим треугольником. Для стабильных элементов древа фаз проведен прогноз числа и состава кристаллизующихся фаз. Для каждого элемента существует четыре варианта прогноза. В ходе экспериментального исследования секущего треугольника и стабильного тетраэдра методом ДТА установлено, что твердые растворы на основе молибдатов и вольфраматов бария являются устойчивыми и точки нонвариантных равновесий отсутствуют.
В ходе экспериментального исследования секущего треугольника (NaBr)2–BaMoO4–BaWO4 выявлены температура плавления и состав сплава, соответствующего точке f, лежащей на моновариантной кривой, соединяющей двойные эвтектики на противоположных сторонах треугольника составов. Экспериментальное исследование образца состава точки f методом РФА подтвердило наличие в нем двух твердых фаз: бромида натрия и НРТР BaMoxW1–xO4.
В результате экспериментального исследования стабильного тетраэдра (NaBr)2–BaBr2–BaMoO4–BaWO4 выявлены температура плавления и состав сплава, отвечающий точке d, лежащей на моновариантной кривой, соединяющей тройные эвтектики на противоположных гранях стабильного тетраэдра. В тетраэдре имеются три твердые фазы: бромид натрия, бромид бария и НРТР BaMoxW1 –xO4.
Поскольку в двух стабильных элементах четырехкомпонентной взаимной системы Na+,Ba2+||Br–, ${\text{MoO}}_{4}^{{2 - }}$,${\text{WO}}_{4}^{{2 - }}$ твердые растворы на основе молибдатов и вольфраматов натрия являются устойчивыми, следует предположить, что и в стабильном пентатопе (NaBr)2–Na2MoO4–Na2WO4–BaMoO4–BaWO4 твердые растворы не распадаются. В пентатопе будут кристаллизоваться три твердые фазы: бромид натрия и НРТР Na2MoxW1 –xO4 и Ba1 – zMoxW1 –xO4.
Список литературы
Ashraf R., Shehzadi Z., Mahmood T. et al. // Phys. B: Cond. Matter. 2021. V. 621. P. 413309. https://doi.org/10.1016/j.physb.2021.413309
Kinyaevskiy I.O., Koribut A.V., Grudtsyn Y.A.V. et al. // Laser Phys. Lett. 2020. V. 17. № 10. P. 105402. https://doi.org/10.1088/1612-202X/abb0eb
Kowalkińska M., Zielińska-Jurek A., Głuchowski P. et al. // Russ. J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. № 46. P. 25497. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c06481
Sang S.H., Guo X.F., Zhang T.T. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 3. P. 374. https://doi.org/10.1134/S0036023621030141
Mamedov F.M., Babanly D.M., Amiraslanov I.R. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 11. P. 1747. https://doi.org/10.1134/S0036023620110121
Aliev I.I., Mamedova N.A., Sadygov F.M. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 10. P. 1585. https://doi.org/10.1134/S0036023620100010
Asadov M.M., Akhmedova N.A., Mamedova S.R. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 7. P. 1061. https://doi.org/10.1134/S0036023620070013
Soliev L. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 2. P. 212. https://doi.org/10.1134/S0036023620020187
Danilov V.P., Frolova E.A., Kondakov D.F. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 9. P. 1165. https://doi.org/10.1134/S0036023619090067
Mazunin S.A., Noskov M.N., Elsukov A.V. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 2. P. 257. https://doi.org/10.1134/S003602361902013X
Rasulov A.I., Akhmedova P.A., Gamataeva B.Yu. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 1. P.135. https://doi.org/10.1134/S0036023619010169
Kochkarov Z.A., Zhizhuev R.A., Kharaev A.M. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 3. P. 393. https://doi.org/10.1134/S0036023619030112
Kochkarov Z.A., Sokurova Z.A., Kochkarov Z.Z. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 7. P. 944. https://doi.org/10.1134/S0036023618070094
Cherkasov D.G., Danilina V.V., Il’in K.K. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V.66. № 6. P. 883. https://doi.org/10.1134/S0036023621060073
Garkushin I.K., Ragrina M.S., Sukharenko M.A. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 1. P. 98. https://doi.org/10.1134/S0036023618010084
Likhacheva S.S., Egorova E.M., Garkushin I.K. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 7. P. 1047. https://doi.org/10.1134/S0036023620070141
Garkushin I.K., Burchakov A.V., Sukharenko M.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 7. P. 1398. https://doi.org/10.1134/S003602362009003X
Garkushin I.K., Burchakov A.V., Emelyanova U.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 7. P. 1040. https://doi.org/10.1134/S0036023620070086
Sukharenko M.A., Garkushin I.K., Zubkova A.V. // Inorg. Mater. 2021. V. 57. № 8. P. 811.https://doi.org/10.1134/S0020168521080148
Данилушкина Е.Г., Гаркушин И.К., Тарасова Н.С // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 12. С. 1337. https://doi.org/10.31857/S0002337X21120046
Sukharenko M.A., Garkushin I.K., Osipov V.T. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 10. P. 1527. https://doi.org/10.1134/S0036023621100181
Термические константы веществ. Вып. X. Таблицы принятых значений: Li, Na / Под ред. Глушко В.П. М., 1981. 297 с.
Термические константы веществ. Вып. IX. Таблицы принятых значений: Be, Mg, Ca, Sr, Ba / Под ред. Глушко В.П. М., 1979. 574 с.
Оре О. Теория графов. М.: Наука, 1980. 336 с.
Гетьман Е.И. Изоморфные замещения в вольфраматных и молибдатных системах. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1985. 147 с.
Диаграммы плавкости солевых систем. Ч. III / Под ред. Посыпайко В.И., Алексеевой Е.А. М.: Металлургия, 1977. 204 с.
Воскресенская Н.К., Евсеева Н.Н., Беруль С.И., Верещитина И.П., Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей / Т. 1. Двойные системы. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1961. 848 с.
Диаграммы плавкости солевых систем. Тройные системы / Под ред. Посыпайко В.И., Алексеевой Е.А. М.: Химия, 1977. 328 с.
Мощенский Ю.В. Дифференциальный сканирующий колориметр ДСК-500 // Приборы и техника эксперимента. 2003. № 6. С. 143.
Ковба Л.М. Рентгенография в неорганической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. 256 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Журнал неорганической химии