Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В ТРОЙНЫХ СИСТЕМАХ CO(NH2)2 – (NH4)2HPO4 – H2O, CO(NH2)2 – (NH4)2SO4 – H2O, CO(NH2)2 – NH4CL – H2O ПРИ 25°C

Носков М.Н. 1 Мазунин С.А. 1
1 Пермский государственный национальный исследовательский университет
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.
тройные водно-солевые системы
оптимизированный метод сечений
фазовые равновесия
инконгруэнтное соединение
1. Мазунин С.А., Кистанова Н.С., Фролова С.И. Физико-химический анализ. Планирование химического эксперимента. Синтез неорганических соединений : практ. и лаборатор. работы / Перм. гос. ун-т. - Пермь, 2010. - Ч. 1. - Двух- и трехкомпонентные водно-солевые системы. - 225 с.
2. Кистанова Н.С., Мазунин С.А., Фролова С.И., Блинов А.С. Определение составов тройного нонвариантного раствора и его насыщающих равновесных твердых фаз в системе NH4H2PO4 - (NH4)2HPO4 - NH4Cl - H2O при 25°C // Вестник Тамбовского университета. Серия «Естественные и технические науки». - 2010. - Вып. 2. - С. 2079-2082.
3. Мазунин С.А., Фролова С.И., Кистанова Н.С. : Патент России № 2416790. 20.04.11, Бюл. № 11.
4. Мазунин С.А., Фролова С.И., Кистанова Н.С. : Патент России № 2421721. 20.06.11, Бюл. № 17.
5. Сулайманкулов К., Абыкеев К., Мурзуибраимов Б., Ногоев К. Атлас диаграмм растворимости тройных водно-солевых карбамидных систем. - Фрунзе, 1980. - С. 24, 25, 28.

  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.

Библиографическая ссылка

Носков М.Н., Мазунин С.А. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В ТРОЙНЫХ СИСТЕМАХ CO(NH2)2 – (NH4)2HPO4 – H2O, CO(NH2)2 – (NH4)2SO4 – H2O, CO(NH2)2 – NH4CL – H2O ПРИ 25°C // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 3.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=6292 (дата обращения: 19.09.2019).

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