Физическая химия. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия
Статья научная
Для совершенствования технологий твердофазного восстановления металлов в рудах необходимо детальное исследование закономерностей роста зародышей металлической фазы с учетом существующих в восстановительных агрегатах условий. На первом этапе исследования в целом изучены закономерности процесса роста новой фазы в многокомпонентной оксидной системе. Методами неравновесной термодинамики получено комплексное физико-химическое описание твердофазного восстановления металлов в многокомпонентной оксидной фазе, учитывающее протекающие при этом тепловые и диффузионные процессы. Дополнительно на основе методов химии несовершенных кристаллов сформулированы закономерности влияния перемещения анионных вакансий на термодинамическое состояние системы. Для рассматриваемой системы записаны физико-химические уравнения баланса вакансий и энтропии. Разработанная новая теория позволяет комплексно учитывать тепловые, диффузионные процессы и процессы перемещения вакансий в многокомпонентной оксидной системе. С целью практического исследования восстановления металлов в рудах рассмотрен случай роста частицы металла из исходной фазы руды с учетом дополнительного влияния восстановителя на протекание процесса. На основе комплексного подхода получено общее выражение производства энтропии в системе: растущий зародыш металла, исходная рудная фаза и фаза включений восстановителя. Проведенные исследования позволили построить математическую модель роста металлического кристалла в объеме оксидной фазы в зависимости от режима нагрева и состава комплексных оксидов. В частности, разработанный математический аппарат позволяет производить расчет скорости роста металлического зародыша в исходной многокомпонентной оксидной фазе. Полученная методика также дает возможность оценить степень влияния процессов перемещения анионных вакансий на закономерности процесса восстановления.
Бесплатно
Термодинамика химической и электрохимической устойчивости силицидов кобальта
Статья научная
Построены диаграммы потенциал - рН систем Со-Н2О и Со-Si-H2O, a также фазовая диаграмма системы Со-Si-О при 25 °С. Анализируются термодинамические особенности коррозионно-электрохимического поведения сплавов системы Co-Si различного состава.
Бесплатно
Термодинамика химической и электрохимической устойчивости сплавов системы Mn-Si
Статья обзорная
Проведён термодинамический анализ химических и фазовых равновесий в системе Mn-Si. Построены фазовая диаграмма Mn-Si-O и диаграмма потенциал - рН системы Mn-Si-H20 при 25 °С. С точки зрения термодинамики проанализированы процессы низкотемпературного окисления марганец-кремниевых сплавов на воздухе и в водных средах
Бесплатно
Статья научная
К настоящему времени накоплено значительное число экспериментальных данных о результатах синтеза высокоэнтропийных оксидных фаз со структурой гексаферритов М-типа и изучении их структуры и свойств, которые позволяют сделать вывод о перспективности исследований в этом направлении. При этом дальнейшее его развитие требует работы по созданию теоретических основ синтеза таких фаз. Важной частью теоретических работ такого рода должно стать термодинамическое описание изученных твёрдых растворов на основе гексаферритов М-типа, опирающееся на анализ экспериментальных данных. Задачей настоящей работы являлось определение того, какие подходы могут быть использованы для термодинамического описания высокоэнтропийных оксидов (ВЭО) со структурой гексаферритов М-типа, а также формирование базы термодинамических функций, описывающих индивидуальные вещества, участвующие в формировании высокоэнтропийной оксидной фазы такого рода. Проведенный в ходе работы анализ экспериментальных данных о процессе и результатах синтеза ВЭО со структурой гексаферритов М-типа позволил предложить использовать двухподрешеточную модель фазы, в которой первая подрешетка образована атомами вида А, а вторая подрешетка комплексами атомов В12О19. В рамках каждой из подрешёток отклонение от идеальности описывается посредством полиномов Редлиха-Кистера. Компонентами твердого раствора предложено считать реально или гипотетически существующие вещества с формулой вида АВ12О19, где А - Ba, Sr, Pb, Ca; а В - Fe, Al, In, Ga, Ti, Co, Mn, Ni, Zr, Zn, Cu, Cr. Для всех этих веществ предложены значения стандартных энтальпий образования, стандартных энтропий, температурных зависимостей изобарной теплоемкости. Эти значения отчасти заимствованы из различных источников, а по большей части являются результатом оценки различными полуэмпирическими методами. Разработанная модель и предлагаемые значения термодинамических функций, характеризующих индивидуальные компоненты ВЭО со структурой гексаферритов М-типа, позволили сформировать в рамках программного комплекса «FactSage (версия 8.0)» пользовательскую базу данных, которая открывает широкие возможности для дальнейших работ по совершенствованию модели, оптимизации параметров модели и термодинамическому моделированию твердофазного синтеза ВЭО со структурой гексаферритов М-типа.
Бесплатно
Термодинамический анализ коррозионно-электрохимического поведения аморфного сплава 2НСР
Статья научная
Построена диаграмма электрохимического равновесия Е-рН аморфного сплава 2НСР. Анализируются особенности участия компонентов сплава в коррозионно-электрохимических процессах.
Бесплатно
Термодинамический анализ систем «металл - кислород»
Статья научная
На примере ряда систем «металл - кислород» (Cr-O, Mn-O, Fe-O и Ni-O) подробно описана методика термодинамического моделирования систем, включающих различные фазы переменного состава (металлический твёрдый и жидкий раствор, соединения с отклонениями от стехиометрии). Методика опирается на использование подрешёточной модели и полиномиальной модели Редлиха - Кистера. Продемонстрированы подходы к термодинамическому описанию жидких и твердых растворов кислорода в металле, а также оксидов различного состава и структурного типа (MeO, Me 3O 4 и Me 2O 3). Представлены выражения для энергий Гиббса рассмотренных фаз. Опираясь на описанные методики, построены фазовые диаграммы четырёх систем, а также температурные зависимости кислородного потенциала для изученных систем. Результаты расчёта сопоставлены с экспериментальными данными. Представленная информация может быть использована для анализа более сложных систем, включая системы, имеющие значение для металлургии.
Бесплатно
Статья научная
Уникальные свойства карбида кремния в виде ультрадисперсных порошков обусловливают его широкое применение в качестве различных наполнителей и модификаторов сплавов, керамических и металлокерамических материалов, защитных покрытий различного назначения. В настоящее время практически весь ультрадисперсный порошок карбида кремния получают из модификации α-SiC, синтезированного по многостадийной технологии методом Ачесона. Текущая тенденция развития технологий синтеза SiC направлена на получение порошков карбида кремния 3С-SiC(β) модификации, обладающей более привлекательными характеристиками. Данный аспект определяет актуальность исследований, направленных на разработку и апробирование эффективных технологий получения ультрадисперсных порошков карбида кремния 3С-SiC(β) модификации. В работе приведены результаты термодинамического моделирования фазовых равновесий, реализующихся в системе Si-O-C для сечения C-SiO2 в диапазоне температур 1400-1900 °С при различных отношениях количества углерода и оксида кремния. В процессе проведённых расчётов учитывалась возможность появления в системе газовой фазы и жидких кремния, углерода и оксида кремния. Теоретически определены доли основных компонентов, объем и состав газов, образующихся в ходе синтеза. В соответствии с результатом расчета фазовых диаграмм образование газообразных продуктов взаимодействия наблюдается только при температуре выше 1514 °C. Основным компонентом газовой смеси, образующейся в процессе синтеза в зоне реакции, является угарный газ. Среди других компонентов газовой смеси можно выделить монооксид кремния и углекислый газ. Содержание других компонентов, среди которых преобладают кремнийсодержащие, является несущественным. При соотношении C/(SiO2+C) ≥ 0,37 в газовой фазе имеет место скачкообразное снижение содержания всех газов-примесей Полученные данные создают теоретическую основу для выбора оптимальных условий для создания устойчивой автономной защитной атмосферы при проведении карботермического синтеза карбида кремния 3С-SiC(β) модификации, что обеспечивает надежную теоретическую основу энергоэффективного карботермического метода синтеза микроразмерного SiC из чистого природного кварца и графита без использования внешней защитной атмосферы.
Бесплатно
Термодинамическое моделирование линии ликвидус системы Ni-Si
Статья научная
Используя модели регулярных и субрегулярных растворов, рассчитана линия ликвидус диаграммы состояния Ni-Si. Показано, что модель регулярных растворов неудовлетворительно описывает данную систему. Результаты расчета по теории субрегулярных растворов хорошо согласуются с литературными данными. Полученные значения энергетических параметров теории могут быть использованы для термодинамического моделирования более сложных систем.
Бесплатно
Термолиз бензоатов на основе кобальта, меди, никеля
Статья научная
Широкое использование токсичных ароматических органических соединений в промышленности вызывает необходимость очистки сточных вод от этих загрязнителей. В настоящее время нанокомпозиты применяются в качестве материалов для изготовления анодов для процесса электрохимического окисления трудноокисляемых органических соединений, например, фенолов. Объектом исследования являются органические соли переходных металлов: бензоаты кобальта, никеля и меди как возможные допирующие добавки к композиционным материалам. Бензоаты кобальта, никеля и меди представляют собой неорганические соединения с общей формулой MeC6H5COO2∙nH2O. Целью работы явилось изучение особенностей синтеза бензоатов кобальта, никеля, меди, а также исследование процесса термолиза стеклоуглеродных материалов с добавками бензоатов 3d-элементов. Для достижения цели исследования решены следующие задачи: поставлены реакции синтеза бензоатов кобальта, никеля, меди; исследованы состав и структура полученных продуктов синтеза: получены карты распределения элементов, порошковые рентгенограммы, термограммы; получены стеклокомпозиционные материалы на основе фенолформальдегидной смолы с добавками бензоатов кобальта, никеля и меди; исследованы состав и структура стеклокомпозиционных материалов. Для изучения полученных образцов использовался комплекс физико-химических методов исследования: сканирующая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ, дифференциально-термический анализ. В ходе исследования процессов термолиза бензоатов кобальта, никеля и меди установлены интервалы температур, характерные для потери перекристаллизационной воды, перехода вещества в оксид при термолизе в воздушной среде и в атмосфере аргона. Полученные композиционные материалы предполагается использовать в качестве электродов в установках для электрохимической очистки сточных вод от токсичных ароматических органических соединений.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты исследования термолитических характеристик индивидуальных и смешанных гелей оксигидратов циркония и кремниевой кислоты, полученных при минимальных концентрациях реагентов, обеспечивающих гелеобразование. Смешанные гели синтезированы при различном порядке ввода реагентов в маточный раствор. Установлено, что в оксигидратных материалах можно выделить восемь температурных интервалов, в которых наблюдаются максимумы дегидратации химически связанной воды. Сорбционная способность гелей по отношению к ионам кальция и иттрия возрастает с увеличением количества воды, максимумы дегидратации которой лежат в интервалах 121-139 и 520-760 °С, и снижается с повышением количества воды, максимумы термического отщепления которой находятся в интервалах 104-117 и 142-170 °С.
Бесплатно
Термохимические характеристики поли(олефин)кетона на основе монооксида углерода, этилена и бутена-1
Статья научная
Методом калориметрии сгорания определена энергия сгорания тройного сополимера монооксид углерода-этилен-бутен-1 с содержанием бутановых фрагментов 14,6 мол. %, рассчитаны энтальпия сгорания и стандартные термодинамические параметры образования при температуре 298,15 К. По полученным, а также литературным данным рассчитаны стандартные термодинамические параметры синтеза сополимера в области температур от Т → 0 до 400 К.
Бесплатно
Статья научная
Определение минимальных температурных и временных порогов образования гомогенных образцов ферритных материалов для разных методов интересно с той точки зрения, что финальная температура ферритизации, а также время выдержки влияет на конечный размер частиц. С уменьшением температуры ферритизации и времени выдержки также снижается конечный размер частиц получаемого материала. Для гетерогенных катализаторов это является важным параметром, так как чем меньше размер частиц катализатора, тем выше его каталитическая активность. В статье исследованы керамический, золь-гель (цитратный) метод, метод соосаждения и гидротермальный метод на примере получения СuFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, ZnFe2O4. Экспериментально определены нижние температурные пороги образования ферритных фаз для керамического, золь-гель (цитратного), гидротермального метода и метода соосаждения на примере получения CuFe2O4, NiFe2O4, СoFe2O4, ZnFe2O4. Температурный порог образования уменьшается в ряду: керамический метод (1000-1100 °С), метод соосаждения (400-800 °С), гидротермальный метод (180 °С), золь-гель (цитратный) метод (150-300 °С); при этом для каждого из методов выдержка может составлять от нескольких часов до суток. Используя данные порошковых дифрактограмм, методом полнопрофильного анализа по Ритвельду установлены параметры решетки для всей линейки образцов. Для СuFe2O4, полученного керамическим методом: a = 8,376 Å, V = 587,74 Å3; золь-гель (цитратным) методом: a = 8,270, V = 565,63 Å3; методом соосаждения: a = 8,392, V = 590,90 Å3; гидротермальным методом: a = 8,278, V = 567,24 Å3. Для СoFe2O4, полученного керамическим методом: a = 8,385, V = 598,49 Å3; золь-гель (цитратным) методом: a = 8,353, V = 582,82 Å3; методом соосаждения: a = 8,378, V = 588,04 Å3; гидротермальным методом: a = 8,393, V = 591,31 Å3. Для NiFe2O4, полученного керамическим методом: a = 8,338, V = 579,59 Å3; золь-гель (цитратным) методом: a = 8,357, V = 583,49 Å3; методом соосаждения: a = 8,347, V = 581,40 Å3; гидротермальным методом: a = 8,351, V = 582,38 Å3. Для ZnFe2O4, полученного керамическим методом: a = 8,439, V = 600,97Å3; золь-гель (цитратным) методом: a = 8,439, V = 8,439 Å3; методом соосаждения: a = 8,440, V = 601,10 Å3; гидротермальным методом: a = 8,453, V = 604,02 Å3.
Бесплатно
Фазовая диаграмма системы BaO-PbO-Fe2O3
Статья научная
В статье представлены результаты проведенного исследования системы BaO-PbO-Fe2O3. С учетом экспериментальных данных подобраны и оптимизированы самосогласованные наборы значений термодинамических параметров, позволяющие моделировать реализующиеся в этой системе фазовые равновесия. Сформирована пользовательская база данных, позволяющая проводить расчёты с помощью программного пакета FactSage. С помощью программного пакета FactSage рассчитана фазовая диаграмма системы BaO-PbO-Fe2O3. Результаты расчётов представлены в виде изотермических и политермических разрезов фазовой диаграммы, а также поверхность ликвидуса исследуемой системы. В необходимых случаях на диаграммы нанесены изобары, отражающие равновесные парциальные давления оксида свинца. Полученные результаты будут востребованы для рационального выбора режимов выращивания кристаллов гексагональных ферритов из оксидного расплава.
Бесплатно
Фазовые переходы в растворах сополимеров бутил- метакрилата и метакриловой кислоты
Статья обзорная
Построены фазовые диаграммы бинарных и тройных систем, содержащих сополимер БМА и МАК и диоксан. Полученные диаграммы характеризуются верхними критическими температурами растворения (ВКТР). Показано, что с увеличением содержания звеньев МАК происходит снижение критических концентраций бинарных и тройных систем. Для псевдобинарных систем, содержащих ПБМА, отмечена поверхностная активность одного полимера по отношению к другому
Бесплатно
Физико-химическая модель натриевосиликатного расплава и термодинамика Q n-единиц
Статья научная
Сформирована физико-химическая модель натриевосиликатного расплава, основанная на представлениях о структурных единицах Q n, представляющих кремнекислородные тетраэдры с различным соотношением мостиковых и немостиковых атомов кислорода. Результаты моделирования откорректированы на основе данных высокотемпературной спектроскопии КР, что позволило ввести поправки для термодинамики Q n-единиц. Полученные результаты позволяют описать структуру и свойства расплава в области составов от чистого SiO 2 до ортосиликата натрия в диапазоне температур от 700 до 2000 К.
Бесплатно
Физико-химические аспекты миграционных процессов тяжелых металлов в природных водных системах
Статья научная
Исследовано влияние физико-химических факторов на накопление и распределение тяжелых металлов (Fe, Zn, Cu, Ni, Cd, Pb) в системе вода - донные отложения Куйбышевского водохранилища. Проведена оценка сезонной динамики миграционной способности металлов из воды в донные отложения с использованием коэффициента распределения. Рассмотрены присутствующие в водохранилище доминирующие формы металлов, в которых основными лигандами могут выступать ионы ОН-, НСО3- и фульвокислотные остатки.
Бесплатно
Статья научная
В работе изучены композитные материалы на основе оксидов Fe3O4/TiO2 и Fe3O4/SiO2/TiO2, синтезированные гидротермальным пероксидным методом. На первой стадии наночастицы магнетита осаждали гидроксидом аммония из смеси водных растворов сульфата железа(II) и хлорида железа(III) при непрерывном воздействии ультразвука, после чего отмывали дистиллированной водой. На второй стадии полученные гидратированные частицы магнетита стабилизировали поливиниловым спиртом (ПВС) путём диспергирования их при воздействии ультразвука в горячем насыщенном водном растворе ПВС. На третьей стадии в композит вводили фотокаталитически активные частицы на основе оксида титана путём смешивания стабилизированной суспензии магнетита с водным раствором пероксотитановой кислоты (и опциональным введением золя кремниевой кислоты) с последующей гидротермальной обработкой смеси при 180 °C в течение 24 часов, отмывкой, сушкой под вакуумом и прокаливанием в муфельной печи. Изучено влияние на свойства образцов мольного содержания в них железа и титана, введения в образцы добавки диоксида кремния, а также термообработки при 350 и 700 °C. Исследованы фотокаталитические свойства синтезированных образцов в процессе фотодеструкции метилового оранжевого и метиленового голубого, а также их магнитная извлекаемость из суспензии. Выполнена физико-химическая характеризация образцов методами сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, порошковой рентгеновской дифракции, порометрии с низкотемпературной адсорбцией азота, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, термического анализа (ТГ-ДСК), совмещенного с масс-спектрометрией газообразных продуктов термолиза. Определены оптимальные условия синтеза композитов, проявляющих лучшее сочетание фотокаталитических и магнитных свойств. Полученные фотокатализаторы можно использовать для очистки воды от красителей с последующим извлечением при помощи магнитного поля.
Бесплатно
Физико-химические характеристики смешанных гелей кремниевой кислоты и оксигидрата лантана
Статья обзорная
Исследованы смешанные гели кремниевой кислоты и оксигидрата лантана, полученные при разных способах смешения реагентов и рН маточного раствора. Установлено, что введение нитрата лантана в раствор метасиликата натрия приводит к образованию смешанных гелей, состоящих из зёрен оксигидрата лантана, «вкрапленных» в матрицу силикагеля. Такие гели имеют низкую сорбционную активность; зёрна оксигидрата лантана склонны к деструкции в сорбате. Введение силиката натрия в раствор нитрата лантана приводит к формированию сополимера, имеющего высокую сорбционную активность. С ростом рН синтеза сорбционная ёмкость сополимерных смешанных гелей возрастает, а зернистых смешанных гелей - снижается.
Бесплатно
Формирование оксигидратов иттрия и циркония в присутствии неионогенного пав
Краткое сообщение
Исследовано влияние широко распространенного неионогенного смачивателя ОП-10 (октилфениловый эфир декаэтиленгликоля) на физико-химические свойства оксигидратов двух разных по основности металлов-циркония и иттрия. Изучены сорбционные свойства, термолиз и морфология поверхности образцов, полученных без ПАВ и при концентрациях ОП-10 в маточном растворе, при которых ПАВ образует молекулярные растворы, сферические и цилиндрические мицеллы. Оксигидрат циркония в присутствии ОП-10 в маточном растворе формирует сфероидальные нано-частицы, максимальная доля которых наблюдается при концентрации ОП-10, соответствующей образованию сферических мицелл. Оксигидрат иттрия формирует палочкообразные наночастицы, при концентрации ОП-10 в маточном растворе, соответствующей формированию цилиндрических мицелл. Оксигидраты циркония и иттрия, полученные при оптимальной концентрации ОП-10, имеют на порядок более высокие сорбционные свойства, чем образцы, синтезированные без ПАВ.
Бесплатно
Формирование полимерных материалов повышенной термостабильности
Статья научная
Благодаря своей универсальности, низкой стоимости и относительной безопасности для окружающей среды поливинилхлорид относится к наиболее широко используемой группе термопластов. Ключевым методом при производстве компаундов на основе поливинилхлорида является введение добавок, улучшающих необходимые характеристики. Расширение сфер применения полимерных материалов приводит к разработке композитов повышенной термостабильности. Достижение данной цели с помощью фосфорсодержащих и галогенсодержащих добавок не всегда оправданно и возможно. Минеральные наполнители не теряют своей актуальности при производстве композитов повышенной термостабильности. Устойчивое развитие способствует необходимости принятия определенных разумных решений для обеспечения безопасности нашей планеты, одним из которых является привлечение отходов в круговорот производства. Основным фактором при использовании наполнителей является обеспечение равномерного распределения частиц, что достигается среди прочего уменьшением размера частиц наполнителя. В работе показана потенциальная возможность использования вермикулита и яичной скорлупы в качестве наполнителей для полимеров повышенной термостабильности. Составлены рецептуры ПВХ композиций с содержанием исследуемых наполнителей. Изучен синергизм действия данных добавок на термоаналитические характеристики ПВХ композиций. Определено совместное влияние на реологию компаундов с их содержанием.
Бесплатно
