УДК 544.145.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ РАСТВОРИМОСТИ И СОСТАВА ВОДНО-СОЛЕВЫХ СИСТЕМ
LAWS OF TEMPERATURE CHANGES OF SOLUBLE AND COMPOSITION WATER-SALT SYSTEM
, ,
Besterekov U. B., Zhuldyzbayeva S. E., Kambarova G. A., Nazarbekova S. P., Nazarbek U. B.
Южно–Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова, Шымкент, Казахстан
M. Auezov South Kazakhstan State University, Shymkent, Kazakhstan
Т?йін
Б?л ма?алада иондарды? меншікті энергетикалы? к?рсеткіштеріні? т?здарды? суда?ы ерігіштігіне ж?не осы кезде алынатын сулы-т?зды ж?йелерді? ??рамына ?серін зерттеу н?тижелері келтірілген. Зерттеулер негізінде ма?ала авторларыны? иондарды? аны?та?ыш ?дебиеттердегі радиустары туралы белгілі м?ліметтерді ?ылыми жолмен сараптап, ж?йелі т?рде на?тыландыру н?тижесінде аны?тау?а м?мкін бол?ан иондарды? шынайы меншікті энергетикалы? к?рсеткіштері – ион энергиясы ж?не ионды? ??рамды т?здарды? теріс ж?не о? зарядты иондарыны? жалпы энергиялары айырмасы ретінде табылатын т?здарды? бос энергиясы атаулы шамалар пайдаланыл?ан. Зерттеулер н?тижелері к?рсеткендей, атал?ан ионды? ж?не т?зды? энергетикалы? к?рсеткіштер т?здарды? суда?ы ерігіштігіне ж?не осыны? н?тижесінде алынатын т?ды?-сулы? ж?йелерді? ??рамына шешуші ?сер ететіні аны?тал?ан. Ж?мыста аны?тал?ан за?дылы?тар ?ылыми жа?а ж?не ?олданбалы? т?р?ыдан аса ??нды ма?ызды болып табылады, ?йткені ?азіргі кезде сулы-т?зды ж?йелер минералды шикізаттарды жеке дара т?здар, негіздер, ?ыш?ылдар ж?не оларды? ?р т?рлі ?оспалары т?ріндегі халы? шаруашылы?ында жо?ары с?раныс?а ие ма?сатты ?німдерге ??деу технологияларында ке? ?олданыс табады. Осы кезде сулы-т?зды ж?йелерді? ??рамы мен онда?ы еріген т?здарды? шо?ыры ?абылданатын технологиялы? ?рдістерді? тиімді к?рсеткіштері мен параметрлеріне шешуші ?сер ететіні жалпылама белгілі.
Summary
This article presents results of the effect of the specific energy parameters of ions on the solubility of salts in water and the composition of the resulting aqueous salt systems. The basis of studies used reliable data obtained by the authors of the work previously as a result of scientific processing and systematization of reference and literary information on the radii of ions of specific energy performance ion - ion energy and the free energy of salts, is defined as the difference between the total energy of positively and negatively charged ion salt components. As shown by the results of studies, called ionic salt and energy performance on the water solubility of the salts and the composition of the resulting water-salt mixtures have a decisive influence. Installed in patterns different scientific novelty and have important applications as aqueous salt systems are widely used in technological processes of mineral processing to desired products as separate salts, acids, bases, and mixtures thereof, which are acutely demanded in many spheres of the national economy. At the same time, it is well known as the concentration and composition of the water-salt systems have a decisive influence on the main regime figures and parameters adopted technological solutions.
Ключевые слова: водно-солевые систем, заряд иона, удельные энергетические показатели ионов, растворимость, состав, свободная энергия соли, катионы, анионы, мольные доли, температура,.
Keywords: water-salt system, the ion charge, specific energy performance of ions, the solubility of the composition, the free energy of salts, cations, anions, mole fractions, temperature.
В настоящее время в научно-технической и справочной литературе практически отсутствуют полноценно научно обоснованные сведения о влиянии удельных энергетических показателей ионов на физико-химические свойства водно-солевых смесей. Это обьясняется главным образом тем, что не были известны достоверные значения удельных энергетических показателей ионов. Как было показано нами ранее [1-3], их удалось вычислить. В силу этого становится возможным оценить их влияние на растворимость солей, и следовательно на состав получаемых водно-солевых смесей. Актуальность постановки подобного рода исследований обусловлена тем, что на сегодня водно-солевые системы достаточно широко используются в технологических процессах переработки минерального сырья на целевые продукты в виде отдельных солей, кислот, оснований, а также их смесей, которые остро востребованы во многих сферах народного хозяйства. При этом, общеизвестно, как концентрация, так и состав водно-солевых систем оказывают определяющее влияние на основные режимные показатели и параметры принимаемых технологических решений.
Результаты исследований по установлению закономерностей температурных изменений водной растворимости солей и состава водно-солевых смесей, получаемых на основе галогенидов и нитратов ряда одно-, двух - и трех валентных металлов, приведены на рисунках 1-8.
Рисунок 1. Характер изменений растворимости CаCl2, CаBr2
Рисунок 2. Характер изменений растворимости FeBr2, FeCl2
Aнализ данных рисунков 1-4 показывает, что растворимость всех изученных солей с температурой закономерно возрастает как следствие увеличения доли свободных единичных молекул воды с ростом температуры [4]. При этом, как показано на рисунках 1,2, в случаях растворения водой солей с одинаковыми катионами, во всем интервале температуры существования жидкого состояния раствора, чем больше свободная энергия соли, определяемая как разность энергии катиона и аниона, тем больше растворимость соли в воде (таблица1). Выявлено, что подобная закономерность характерна также для системы солей нитрат алюминия, нитрат лантана, нитрат хрома.
Рисунок 3. Характер изменений растворимости Аl(NO3)3, La(NO3)3, Cr(NO3)3
Таблица1. Свободная энергия соли
Название соли | Энергия катиона, кДж/ион ·1021 | Энергия аниона, кДж/ион ·1021 | Разность энергии катиона и аниона, кДж/ион ·1021 |
Хлорид алюминия Фторид алюминия | 3,932 3,932 | 0,16 0,210 | 3,450 3,302 |
Бромид железа Хлорид железа | 1,54 1,54 | 0,150 0,160 | 1,24 1,22 |
Бромид марганца Хлорид марганца | 1,52 1,52 | 0,150 0,160 | 1,22 1,20 |
Бромид кальция Хлорид кальция | 0,99 0,99 | 0,150 0,160 | 0,69 0,67 |
Из данных рисунков 1-4 следует, что в случаях растворения водой солей с одинаковыми катионами, а также с одинаковыми анионами во всем интервале температуры существования жидкого состояния раствора, растворимость солей соотвественно зависит от энергии аниона и от энергии катиона. Установлено что, чем больше энергия аниона у солей имеющих одинаковые катионы, тем больше их водная растворимость. И, наоборт, чем больше энергия катиона у солей имеющих одинаковые анионы, тем больше при одинаковых условиях их растворимость в воде (таблица 2).
Рисунок 4 . Характер изменений растворимости CsI, LiI, KI
Из анализа данных рисунков 5-8 , где приведен характер изменения состава водно-солевых смесей от температуры, следует что выше описанные закономерности имеют место и в этих случаях, т. е. на изменение состава водно-солевых смесей результирующее влияние оказывают удельные зарядовые показатели ионов.
Рисунок 5. Характер изменений мольной доли растворенных солей Al(NO3)3,La(NO3)3,Cr(NO3)3
Рисунок 6. Характер изменений мольной доли растворенных солей MnBr2-MgBr2-BaBr2
Рисунок 7. Характер изменений мольной доли растворенных солей BaBr2-BaCl2-BaI2
Рисунок 8. Характер изменений мольной доли растворенных солей Ba(NO3)2, Co(NO3)2, Pb(NO3)2
Таблица 2. Свободная энергия соли
Название соли | Энергия катиона, кДж/ион ·1021 | Энергия аниона, кДж/ион ·1021 | Разность энергии катиона и аниона, кДж/ион ·1021 |
Иодид бария Бромид бария Хлорид бария | 0,82 0,82 0,82 | 0,130 0,150 0,160 | 0,56 0,52 0,50 |
На основе анализа и обобщений выше приведенных результатов можно сделать нижеследующие выводы:
Установлено что, чем больше энергия аниона у солей имеющих одинаковые катионы, тем больше их водная растворимость. И, наоборт, чем больше энергия катиона у солей имеющих одинаковые анионы, тем больше при одинаковых условиях их растворимость в воде. Также установлено что, чем больше свободная энергия соли, определяемая как разность энергии катиона и аниона, тем больше растворимость соли в воде.Литература
, У. Бестереков, . О результатах оценки радиуса иона и его удельных энергетических показателей. Труды МНПК «Ауэзовские чтения – 11: Казахстан на пути к обществу знаний: инновационные напрвления развития науки, образования и культуры», посвященной 115-летнему юбилею М. Ауэзова. Шымкент: ЮКГУ им. М. Ауэзова, 2012 г., 6т, С. 279-281 , У. Бестереков, , . Результаты оценки радиусов ионов высшей валентности и расчета их удельных энергетических показателей. Труды МНПК «Ауезовские чтения -12: Роль регионального университетав развитии инновационных направлений науки, образования и культуры», посвященная 70-летию Южно-Казахстанского государственного университета им. М.Ауезова, Шымкент: ЮКГУ им. М.Ауезова, 2013 г, 3т. С. 201-203 У. Бестереков, , Достоверные значения радиуса ионов и их удельные энергетические характеристики. Материалы Х международной научно-практическая конференция «Moderni vymozenosti vedy - 2014». –Dil 31. Chemie a Chemicka technologie :Praha. 2014 г., С. 3-8 , , Современные представления о причинно-следственных основах водной растворимости.//Материалы международной научно-практической конференции «Индустриально-инновационное развитие – основа устойчивой экономики Казахстана», - Шымкент, 2006. – С. 485-487.
