Построение и исследование диаграммы состояния La—Sb в атомных и массовых долях

2.1 Построение и исследование диаграммы состояния La—Sb в атомных и массовых долях.

2.1.1 Данная диаграмма, изображённая на рисунке 5, является двухкомпонентной системой с полной растворимостью в жидком состоянии, с отсутствием растворимости в твердом состоянии, с образованием одного устойчивого химического соединения конгруэнтного плавления и образованием трех неустойчивых химических соединении инконгруэнтного плавления, с вырожденной эвтектикой.

Фазовый состав:

I (L): жидкий расплав;

II (L + S_La): жидкий расплав + кристаллы твердого р-ра на основе компонента La;

III (L + S_La2Sb): жидкий расплав + кристаллы твердого р-ра на основе компонента La₂Sb;

IV (S_La+ S_La2Sb): кристаллы твердого р-ра на основе компонента La + неустойчивое химическое соединение La₂Sb ;

V (L+S_La3Sb2): жидкий расплав + устойчивое химическое соединение La₃Sb₂;

VI (L+S_La2Sb3): жидкий расплав + устойчивое химическое соединение La₃Sb₂;

VII (S_La2Sb+ S_La3Sb2): неустойчивое химическое соединение LaSb₃+ устойчивое химическое соединение La₂Sb₃;

VIII (S_La3Sb2 + S_LaSb): неустойчивое химическое соединение LaSb+ устойчивое химическое соединение La₃Sb₂;

IX (L+ S_LaSb): жидкий расплав + неустойчивое химическое соединение LaSb;

X  (S_LaSb+ S_LaSb2): неустойчивое химическое соединение LaSb+ неустойчивое химическое соединение LaSb₂;

XI (L+ S_LaSb2): жидкий расплав + неустойчивое химическое соединение LaSb₂;

XII (S_LaSb2 + S_Sb): кристаллы твердого р-ра на основе компонента Sb + неустойчивое химическое соединение LaSb₂.

Точкa эвтектики:

E₁: L_E1 ↔ S_La+ S_La2Sb С=0 Ф=3

Переведём в массовые доли точки, соответствующие следующим атомным долям cурьмы: A=0,5 ат.д.; B=0,6 ат.д; C=0,74. Для этого воспользуемся следующеё формулой:

 

 

Проведём пересчёт для каждой из точек:

A:

B:

C:

2.1.2 На данной диаграмме имеется четыре химических соединения, которые условно обозначили следующим образом:La_xSb_{y ,} La_zSb_{w ,} La_aSb_{b ,} La_cSb_d. Индексы при химических элементах соответствуют количеству атомов. А количество атомов, в свою очередь, находится из отношения атомных долей этих элементов. Ниже приведены расчёты этих индексов:

x:y=атомная доля(La):атомная доля(Sb).

 La_xSb_y

x:y=0.33:0.67

x:y=1:2

Отсюда следует, что химическая формула данного химического соединения LaSb_2.

Аналогично, находим индексы для химического соединения La_zSb_w:

 z:w=0.6:0.4

z:w=3:2

Следовательно, химическая формула данного соединения – La₃Sb₂.

Для химического соединение La_aSb_b

 a:b=0.5:0.5

a:b=1:1

Данная формула выглядит следующим образом: LaSb

 Химическое соединение La_cSb_d

 c:d=0.33:0.67

c:d=1:2

 

 Получили химическое соединение, в котором содержание меди и лантана находится в равных пропорциях – LaSb₂.

 Скомпонуем полученные результаты: La₂Sb, La₃Sb₂, LaSb_, LaSb_2.

2.1.3 Температура начала кристаллизации расплава системы La—Sb, содержащей 0,6 ат.д. Sb, равна »1475°С, температура конца кристаллизации равна 1110°С.

2.1.4 Первые выпавшие кристаллы из расплава, содержащего 0,6 ат. д. Sb находятся в виде неустойчивого химического соединения LaSb. Составу последней капли этого расплава соответствует точка перитектики Р₃, содержащая 0,74 ат.д. Sb.

2.1.5 Воспользовавшись данными, полученными в пункте 2.1.1, определим по правилу рычага для системы La - Sb, содержащей 0,6 ат.д. Sb при температуре 1200⁰C и при массе сплава 50г массы равновесных фаз:

 m_S=m_L

 

 m_S=m_Lm_S=29,2г

m_S+m_L =50г m_L =20,8г

2.1.6 Число степеней свободы находится по правилу фаз Гиббса: С=К-Ф+1, где С - степень свободы, которая характеризует число независимых параметров, которые можно свободно изменять; Ф - число фаз системы; К - число компонентов системы.

Отсюда следует, что система, у которой:

состав 40 ат. д. Sb, температура 1690⁰С, имеет: К=2, Ф=3, С=2-3+1=0;

состав 20 ат. д.Sb, температура 800⁰С, имеет: К=2, Ф=2, С=2-2+1=1;

состав 80 ат. д. Sb, температура 1400⁰C, имеет: К=2, Ф=1, С=2-1+1=2.

2.1.7. При температуре, выше 1475⁰C, состав системы La-Sb находится в виде расплава, Ф=1, С=2. При охлаждении до температуры 1475⁰C расплав становится насыщенным неустойчивым химическим соединением LaSb, и начинается его кристаллизация. Система становится двухфазной, С=1. При дальнейшем охлаждении до температуры 1110⁰C растет масса кристаллов химического соединения LaSb, состав расплава изменяется по кривой MP₃, в нем увеличивается содержание сурьмы. Температуре 1110⁰C соответствует точка перитектики P_3, отвечающая составу его последних капель, здесь происходит перитектическое превращение:. Кристаллизация расплава заканчивается при температуре 1110⁰C. При температуре ниже 1110⁰C происходит охлаждение механической смеси твердых химических соединений LaSb и LaSb₂, Ф=1, С=2.

 

Приложение А

Зависимость теплоемкости Н₂ от температуры

T.К
100	2,999	100,616	70,624	28,155
200	5,693	119,301	90,836	27,477
300	8,468	130,747	102,169	28,849
400	11,426	139,104	110,538	29,181
500	14,349	145,626	116,527	29,260

Приложение Б

Значение термодинамических функций для Mg.

T,К
1400	47.620	87.569	55.554	34.300
1500	51.050	89.935	55.902	34.300
1600	54.480	92.149	58.099	34.300
1700	57.910	94.228	60.163	34.300
1800	61.340	96.189	62.111	34.300
1900	64.770	98.043	63.954	34.300
2000	68.200	99.802	65.703	34.300
2100	71.630	101.476	67.367	34.300
2200	75.060	103.072	68.954	34.300
2300	78.490	104.596	70.470	34.300
2400	81.920	106.056	71.923	34.300

Приложение В

Значение термодинамических функций для MgO.

T.К
1400	58.856	99.696	57.656	52.890
1500	64.168	103.361	60.582	53.341
1600	69.524	106.818	63.365	53.793
1700	74.927	110.093	66.018	54.255
1800	80.376	113.207	68.554	54.736
1900	85.875	116.180	70.983	55.243
2000	91.426	119.027	73.314	55.783
2100	97.033	121.763	75.557	56.363
2200	102.700	124.399	77.717	56.991
2300	108.433	126.947	79.803	57.674
2400	114.237	129.417	81.819	58.416

Приложение Г

Значение термодинамических функций для CO₂

T.К
1400	65.273	288.086	241.462	57.818
1500	71.085	292.095	244.705	58.397
1600	76.950	295.880	247.787	58.898
1700	82.862	299.464	250.722	59.334
1800	88.815	302.867	253.525	59.717
1900	94.804	306.105	256.208	60.054
2000	100.825	309.193	258.781	60.354
2100	106.874	312.144	261.252	60.622
2200	112.948	314.970	263.630	60.862
2300	119.045	317.680	265.922	61.080
2400	125.163	320.284	268.133	61.278

 

Приложение Д

Значение термодинамических функций для C_.

T.К
1400	21.960	32.138	16.453	23.919
1500	24.367	33.799	17.554	24.225
1600	26.802	35.271	18.619	24.464
1700	29.258	26.859	19.649	24.543
1800	31.729	38.272	20.645	24.775
1900	34.212	39.614	21.608	24.875
2000	36.703	40.892	22.540	24.957
2100	39.203	42.112	23.444	25.034
2200	41.710	43.278	24.319	25.121
2300	44.228	44.397	25.168	25.231
2400	46.758	45.474	25.991	25.379

Список литературы.

1.      Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т.1-4 книга вторая. Таблицы термодинамических свойств: Справочное издание / Под ред. В.П. Глушкова. – М.: Наука 1979.

2.      Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплинам «Физическая химия» и «Химия». /ВГТУ; Сост. В.В. Корнеева, А.А Щетинин, Ю.П. Хухрянский, А.Н. Корнеева, 2002. 24 с.

3.      Реми Г.Курс неорганической химии. 11-е издание, выполненное кандидатом химических наук А.И.Григорьевым .Т.1-4-М.:Мир,1972.

4.      Коровин Н.В., Общая химия. – М.: Высшая школа, 2007.

5.      Интернет. Сайт http://him.1september.ru.

6.      Некрасов Б. Водород, Курс общей химии, 14 изд., М., 1962;