Плотность и поверхностные свойства жидких щелочных и легкоплавких металлов и сплавов (стр. 18 )

Таблица 26

Значения адсорбций и поверхностных концентраций

компонентов K, Cs и Na в тройных сплавах 1–9 сечения

ХК:XCs=50:50 системы натрий–калий–цезий (рис. 2.22)

№№ сплавов	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Исходные составы и концентрации добавляемого компонента Хi в ат.%
Na : Cs XK=	90:10 9,1	80:20 16,8	70:30 23,1	60:40 28,6	50:50 33,3	40:60 37,5	30:70 41,2	20:80 44,4	10:90 47,4
К : Cs XNa=	50:50 81,8	50:50 66,6	50:50 53,8	50:50 42,8	50:50 33,4	50:50 25,0	50:50 17,6	50:50 11,2	50:50 5,3
Na : K XCs=	90:10 9,1	80:20 16,8	70:30 23,1	60:40 28,6	50:50 33,3	40:60 37,5	30:70 41,2	20:80 44,4	10:90 47,4
Значения адсорбций компонентов в тройных сплавах 1–9 в моль/м2
	0,3	1,1	2,5	4,5	5,9	8,9	10,6	11,2	9,6
	48,5	42,5	38,8	38,8	34,5	30,6	18	13,8	10,5
	45,2	42,4	38,5	34,0	25,0	18,0	7,8	4,0	+0,2
	3,0	1,0	–2,2	0,3	3,6	3,7	–0,4	–1,4	1,1
Поверхностные концентрации компонентов в сплавах 1–9 в ат. долях
	0.08	0.15	0.18	0.23	0.26	0.27	0.30	0.35	0.38
	0.42	0.56	0.62	0.64	0.65	0.64	0.58	0.53	0.60
	0.48	0.33	0.21	0.13	0.12	0.12	0.12	0.10	0.03
	0.98	1.04	1.02	1.00	1.03	1.03	1.00	0.98	1.01

Как видно из табл. 26, для рассматриваемых 9 тройных сплавов адсорбции калия и натрия отрицательны, а адсорбции цезия положительны. Оказалось, что сумма величин адсорбций компонентов в тройных сплавах в среднем равна нулю. Среднее значение погрешности отклонения этой суммы от нуля составляет около 3 %, что находится в пределах погрешностей определения адсорбций компонентов.

Поверхностные концентрации компонентов (в атомных долях) должны подчиняться условию . С использованием результатов расчетов адсорбций компонентов определены значения поверхностных концентраций Cs, K и Na для рассмотренных выше
9 тройных сплавов по формуле (2.20), что дает возможность проверить соотношение для суммы поверхностных концентраций для каждого тройного сплава. Результаты расчетов приводятся в табл. 26. Оказалось, что условие выполняется в пределах относительной погрешности около 2 %, что следует считать вполне удовлетворительным результатом.

Выводы

Таким образом, экспериментально и расчетно-графическим способом впервые в литературе на примере тройной системы Na–K–Cs определены адсорбции и поверхностные концентрации всех трех тройных сплавов этой системы при температуре 373 К. Оказалось, что адсорбция цезия для всех тройных сплавов сечений системы Na–K–Cs, идущих к вершине Cs; адсорбция натрия для сплавов сечений, идущих к вершине Na.

Адсорбция калия для тройных сплавов, заключенных между идущим к вершине К сечением с XNa:XCs=93,5:6,5 и стороной концентрационного треугольника Na–K (см. рис. 2.22), а для всех остальных тройных сплавов , следовательно, адсорбция калия испытывает инверсию при переходе через сечение XNa:XCs=93,5:6,5, для тройных сплавов которого . Показано, что для тройного сплава с использованием изотерм адсорбций и мольных поверхностей компонентов , рассчитаны поверхностные концентрации всех трех компонентов для каждого из 9 рассмотренных тройных сплавов системы Na–K–Cs. Получено, что ат. доли, которое выполняется также удовлетворительно.

Заключение

За последние годы пристальное внимание специалистов привлекает исследование уникальных свойств жидкометаллических систем щелочных металлов и сплавов с их участием как перспективных материалов
XIX века для науки, техники и технологии. Они обладают самой низкой плотностью и вязкостью, высокой тепло - и электропроводностью, малыми значениями поверхностного натяжения и работы выхода электрона, рекордно низкой температурой плавления. Так, эвтектический сплав системы Na–K–Cs имеет температуру плавления 195,2 К или –78 оС, что является самой низкой температурой плавления среди металлических систем на Земле. Благодаря этим и другим уникальным свойствам они получают широкое применение на практике.

Особое место занимает использование их в качестве высокотемпературных жидкометаллических теплоносителей в тепловых трубах для передачи и преобразования тепловой энергии в электрическую, в ядерно-космических установках – в качестве легких высокоэффективных систем теплопередачи. При этом важную роль играют капиллярные и транспортные свойства этих материалов, обеспечивающие высокоскоростную пропитку пористых материалов тепловых труб в условиях невесомости и скоростную доставку требуемого количества теплоты в любой отсек спутника.

Использование щелочных металлов и сплавов с их участием в аэрокосмическом материаловедении позволяет получать сверхлегкие композиционные материалы с высокой механической прочностью, тепловой и химической стойкостью, а в радиационной физике их добавки в виде соединений обеспечивают эффективную защиту объектов от тепловых нейтронов и гамма-излучения и т. д.

Высокая химическая активность этих материалов осложняет экспериментальные исследования их физико-химических свойств. Пока мало сведений о физико-химических свойствах многокомпонентных щелочных металлов, что в первую очередь связано с экспериментальными трудностями их исследований. Тем не менее, свойства щелочных металлов и сплавов их бинарных систем изучены подробно, исключая сплавы с участием лития. Важнейшая задача специалистов состоит в разработке новых методов и создании новых эффективных приборов и установок для изучения свойств этих материалов. Проблема исследования свойств щелочных металлов и сплавов с их участием остается актуальной. Достаточно интенсивное исследование в этом направлении ведется физиками Кабардино-Балкарского государственного университета им. , успехи которых признаны специалистами российских и международных научных центров по теплофизическим свойствам веществ.

Литература

К главе I

1.  , Коледов расплавы и их свойства. – М.: Металлургия, 19с.

2.  , , Хоконов и приборы для определения плотности металлов и сплавов. – Нальчик: Каб.-Балк. ун-т. – 2000. – 92 с.

3.  , Прохоров тензиометрия. – СПб.: Химия, 1994. – 400 с.

4.  , Унежев измерения поверхностной энергии и поверхностного натяжения металлов и сплавов в твердом состоянии: учебное пособие. – Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2007. – 53 с.

5.  , , К измерению плотности жидких металлов и сплавов ареометрическим методом // Заводск. лаб. – 1974. - Т. 40, № 1. - С. 42–43.

6.  , Дадашев прибор для измерения поверхностного натяжения, работы выхода электрона и плотности жидких металлов и сплавов: К изучению поверхностных явлений в металлических расплавах. – Орджоникидзе: СОГУ, 1975. - С. 62–68.

7.  А. С. № 8 147344 (СССР). Воздушный вращающийся термостат для физико-химических исследований / .

8.  , , Мозговой и тепловое расширение жидких щелочных металлов: Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. – М.: ТФЦ ИВТАН, 1983.- №с.

9. Дадашев поверхностных явлений / под ред. . – М.: Физматлит, 2007. – 280 с.

10. , , Пугачевич двухкапиллярный пикнометр для измерения плотности металлических расплавов // ЖФХ. – 1966. – Т. 40, № 4. – С. 957–959.

11. , , Дадашев для определения плотности жидких металлических растворов // Журн. физич. хим. – 1976. - Т. 50, № 8. - С. 2158–2159.

12. , Варнакова постоянного объема // Журн. физич. химии. – 1983. - Т. 57, В. 8. - С. 2105–2106.

13. Патент РФ № 000. – 2002 г. Пикнометр для определения плотности жидкостей с повышенной упругостью собственных паров / , , .

14. , , и др. Плотность жидких сплавов щелочных металлов. Эксперимент: Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. – М.: ТФЦ ИВТАН СССР, 1989. - № 6 (80).

15. , Якимович характеристики веществ. – М.: Наука, 1968. - В. 1. - С. 202–206.

16. , , Соловьев плот­ности легкоплавких металлов при переходе через точку плавления // Журнал прикладной механики и технической физики. – 1969. - № 6. - С. 128–133.

17. , Эхотин B. C., , Ершова жидкого висмута: Теплофизические свойства веществ и материалов. – М.: Изд-во стандартов, 1980. – В. 14. - С. 74–79.

18. , , Ревелис , скорость звука, электро - и теплопроводность легкоплавких многовалентных металлов в жидком состоянии. Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. – М.: ТФЦ ИВТАН СССР, 1982. - № 3 (3с.

19. Рабинович вычисления погрешности результата измерения // Метрология. – 1970. - № 1. - С. 3–6.

20. , Байдов погрешности определения плотности методом максимального давления в пузырьке // Заводск. лаб. – 1973. - Т. 39, № 9. - С. 1091–1095.

21. , , - Практикум по физике межфазных явлений: учебное пособие. – Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 19с.

22. , , Качалов и экспериментальная установка для исследования плотности жидких металлов при высоких температурах // Теплофизика высоких температур. – 1982. - Т. 20, В. 1. - С. 54–58.

23. , Хоконов расплавами щелочных металлов поверхности твердых тел. Теория и методы // Теплофизика высоких температур. – 1994. - Т. 34, В. 4. - С. 590–626.

24. , // Физика межфазных явлений. – Ч. 2. – Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 19с.

25. Bashforth F., Adams J. C. An attempt to test the theories of capillary action by comparing the theoretical and measured forms. – Cambridge: Univ. Press, 19p.

26. , Еременко краевого угла смачивания и плотности жидкости по размерам лежащей капли: Сб. Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии. – Киев: АН УССР, 1963. - С. 391–421.

27. Хантадзе объема лежащей капли // Физика металлов и металловедение. – 1963. - Т. 5, № 3. - С. 470–472.

28. , , Кулешова определения фактической погрешности измерения плотности металлических расплавов // Расплавы. – 1992. - № 1. - С. 24–29.

29. , К методу большой капли: влияние негоризонтальности подложки на точность определения поверхностного натяжения // Приборы и техника эксперимента. – 1998. - № 3. - С. 131–133.

30. , Еременко «большой капли» для определения поверхностного натяжения и плотности расплавленных металлов при высоких температурах // Физика металлов и металловедение. – 1961. - № 6.- С. 883–888.

31. Иващенко быстрой оценки объема образца в методе лежащей капли // Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах. – Нальчик: Каб.-Балк. книжн. изд-во, 1965. - С. 255–258.

32. , Соловьев плотности жидких свинца, цезия и галлия гамма-методом // Жур. прикл. механ. и технич. физики. – 1967. - № 6. - С. 83–87.

33. , Таова для измерения плотности жидких металлов и сплавов // Приборы и техника эксперимента. 2007. - № 6. – С. 123–127.

К главе II

1.  , , и др. Теплофизические свойства щелочных металлов. – М.: Изд. стандартов, 19с.

2.  , , Кречетова свойства и характеристики межчастичного взаимодействия жидких бинарных систем щелочных металлов: Обзоры по теплофизическим свойствам вещества. – М.: ТФЦ ИВТАН, 1980. – № 2 (22). – 100 с.

3.  Alchagirov B. B., Arkhestov R. Kh., Taova T. M., Khokonov Kh. B. Surface tension of melts of Na–Cs–K ternary system // J. Materials Science. – 2005. - V. 40. - P. 2217–2219.

4.  , , Алчагиров металлы и их многокомпонентные сплавы – перспективные теплоносители ядерно-космической энергетики: тр. I-го Международного симпозиума «Плавление и кристаллизация металлов и оксидов». – Ростов-на-Дону: ИПО ПИ ЮФУ, 2007. – С. 173–178.

5.  Tepper F., King J., Greer J. Multicomponent alkali metal alloys //
Alkali Metals. Spec. Publ. – № 22. – London: Chem. Soc., 1967. - P. 23–31.

6.  Berg R. E., Moldover M. R., Rabinovich S. and Voronel A. Viscosity and density of two alkali metal mixtures // J. Phys.(F): Met. Phys. – 1987. - V. 17, № 9. - P. 1861.