Химия /
←предыдущая следующая→
1 2
Диплом
Министерство общего и профессионального
образования Российской Федерации
Тюменский Государственный Университет
Химический Факультет
Кафедра неорганической химии
Дипломная работа
студентки 5 курса химического факультета
Ермачковой Елены Владимировны
Тема работы:
Фазовые равновесия в системе MgS – Y2S3
Научный руководитель:
ассистент Бурханова Т. М.
Тюмень 1999
Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
Тюменский Государственный Университет
Химический факультет
Кафедра неорганической химии
Дипломная работа
Тема работы:
Фазовые равновесия в системе MgS – Y2S3
Подпись декана ________________Паничева Л. П.
Подпись зав. кафедрой Кертман С. В.
Подпись руководителя Бурханова Т. М.
Подпись рецензента
Подпись студента Ермачкова Е.В.
Содержание:
BВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. 6
1.1. Фазовые равновесия в системе MgS-Y2S3. 6
1.1.1.Фазовое равновесие в системе Mg-S. 6
1.1.2.Фазовое равновесие в системе Y-S. 7
1.1.3.Кристаллохимическая характеристика фаз в системе Mg-S, Y S. 9
1.1.4.Фазовые равновесия в системе MgS –Ln2S3. 12
1.1.5. Взаимосвязь структуры и типа химической связи в сульфидах магния-лантанида с их свойствами. 16
1.2. Синтез простых и бинарных сульфидов. 18
1.2.1.Метод прямого синтеза. 18
1.2.2.Метод косвенного синтеза. 19
1.2.3.Выводы по литературному обзору. 21
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 22
2.1. Методы физико-химического анализа 22
2.1.1. Рентгенофазовый анализ. 22
2.1.2.Микроструктурный анализ. 23
2.1.3.Дюрометрический анализ. 25
2.1.4.Визуально - политермический анализ. 26
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 29
3.1. Синтез веществ. 29
3.1.1. Синтез Y2S3 в потоке сульфидирующих агентов. 29
3.1.3. Синтез трехкомпонентных образцов в системе MgS – Y2S3. 32
3.1.4. Микроструктурный анализ образцов системы MgS – Y2S3. 38
3.1.4. Рентгенофазовый анализ образцов системы MgS - Y2S3 . 38
ГЛАВА 4. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ M S - Y2S3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. 45
ВЫВОДЫ. 51
ЛИТЕРАТУРА. 52
Введение
Соединения с участием РЗЭ остаются по прежнему обширным резервом для создания новых материалов. Возможно создание материалов с уникальными, заранее заданными свойствами.
Взаимодействие в системах MgS – Ln2S3 изучалось Флао, Патри, Доманжем. По характеру взаимодействия все системы можно разделить на три группы. В системах для La – Gd тройные соединения не образуются. Для Tb – Er, Y в литературе указано на образование тройных соединений типа MgLn2S4, кристаллизующихся в ромбической сингонии. Для Tm – Sc фаза MgLn2S4 имеет структуру типа шпинели. Однако условия существования фаз не определены, неясен характер их плавления, протяженность областей твердых растворов не связана с температурой.
Для реализации на практике потенциальных возможностей новых материалов необходимо определить условия их существования и методы синтеза. Это позволяет сделать физико-химический анализ путем построения Т –Х – проекции диаграммы состояния, являющейся основанием для синтеза материалов.
Цель настоящей работы состоит в изучении фазовых равновесий в системе MgS – Y2S3 при использовании методов физико-химического анализа.
Глава 1. Литературный обзор.
1.1. Фазовые равновесия в системе MgS-Y2S3.
1.1.1. Фазовое равновесие в системе Mg-S.
Моносульфид MgS имеет кубическую кристаллическую структуру типа NaCl. Структура MgS образуется сочетанием довольно объемных анионов серы и значительно меньших по размерам катионов металлов. Можно предполагать, что анионы серы как более крупные по размерам имеют тенденцию к регулярному расположению в элементарных ячейках довольно тесно один возле другого; они образуют при этом пустоты, в которых располагаются катионы. Каждый ион магния окружен шестью ионами серы, расположенными в вершинах правильных октаэдров. Все пустоты, в которых периодически располагаются катионы (согласно их размерам и заряду), в структуре MgS заняты и возможность образования твердого раствора по разрезу MgS-Ln2S3 маловероятна.1. В системе Mg-S (рис.1) образуется единственная фаза MgS. Температура плавления составляет 2270К, при которой MgS разлагается.2
Рис. 1 Ориентировочная диаграмма состояния системы MgS.
Свойства MgS
MgS получают:
1. Mg+S=MgS (реакция происходит в фарфоровой трубке при 8000С).
2. 2Mg + S + H2S = 2MgS + H2
3. MgO + CS2 = 2MgS + CO2 (температура 700-9000С).
4. MgO + C + S = MgS + CO
5. MgSO4 +2C = MgS + 2 CO2 (температура 9000С).
MgS представляет собой бесцветные (или розовато-красные из-за примесей) кубические кристаллы с решеткой типа NaCl (межатомные расстояния 2,89 А) и плотностью 2,79 гр/см3. Они плавятся при температуре 20000С, фосфоресцируют, вызывают красное катодное свечение, трудно растворимы в воде, реагируют с холодной водой2:
3MgS + 2HOH = Mg (HS)2 + 2MgO + H2S
При гидролизе MgS в теплой воде образуется окись магния и сероводород3:
MgS + HOH = MgO + H2S
Разбавленные кислоты, такие как HF, HCl, H2SO4, реагируют с MgS, образуя соли и H2S. Cl, Br, I энергично реагируют с нагретым выше 3000С MgS, образуя соответствующие галогениды.
Двуокись углерода под давлением 50-100 мм.рт.ст. реагирует с MgS, нагретым выше 6600С4:
MgS + CO2 = MgO + COS
1.1.2. Фазовое равновесие в системе Y-S.
Существуют следующие сульфидные фазы иттрия YS, Y5S7, -Y2S3, γ Y2S3, YS2.
Результаты изучения кристаллохимических характеристик и некоторых физических свойств сульфидов собраны в табл.1. Данные по диаграмме состояния системы Y-S не обнаружены.
Предложение о фазовой диаграмме состояния можно сделать на основе кристаллохимических данных, имеющихся по системе Y-S. Моносульфид YS кристаллизуется в структурном типе NaCl. На основе YS существует дефектный твердый раствор типа вычитания серы до состава YS0,75 (Y4S3), при этом период решетки a уменьшается от 5,493 (YS) до 5,442 A (Y4S3).
Соединение Y5S7 содержит две формульные единицы в элементарной ячейке. Полуторный сульфид -Y2S3 кристаллизуется в структурном типе моноклинного Ho2S3 с 6 формульными единицами в ячейке. В ячейке дисульфида (полисульфида) иттрия содержится. 8 формульных единиц YS2.
Тетрагональный YS2 существует при температуре выше 500C в интервале давлений 15-35 кбар. Кубический же YS2 образуется в интервале давлений 35-70 кбар.
Стехиометрический дисульфид иттрия даже в условиях высоких давлений и температур (500-1200C) не существует.
1.1.3. Кристаллохимическая характеристика фаз в системе Mg-S, Y S.
Табл.1 Кристаллохимические свойства сульфидов иттрия и магния.
Формула Цвет Сингония Пространственная группа Структурный тип Период решетки, Å Плотность г/см3
a
b
c
пинкном
рентген
MgS Бесц. кубическая Fm3m NaCl 5,191 2,79
YS Рубиново красный кубическая Fm3m NaCl 5,477
5,493
5,495 4,51 4,92
Y5S7 Сине-черный моноклинная C2/m Y5S7 12,67
12,768 3,81
3,803 11,45
11,550 4,19
4,10 4,18
4,09
-Y2S3 Желтый моноклинная P2/m -Ho2S3 10,17 4,02 17,47 3,87 3,87
γ- Y2S3 Кубическая Y4 3d Th3P4 8,306
YS2 коричнево-фиолетовый
от темно серого до черного тетрагональная
кубическая
YS2
LaS2
7,71
7,72
7,797
4,25
3,6
3,9
4,35
4,35
4,32
Результаты изучения кристаллографических характеристик сульфидных фаз иттрия YS, Y5S7, - Y2S3, - Y2S3, YS2 собраны в табл.1. Сульфиды иттрия различного фазового состава можно получить как непосредственным синтезом из элементов, так и при реакции взаимодействия сероводорода с хлоридом или сероуглерода с полуторным окислом..Ито с сотрудниками, используя технику высоких давлений и температур, синтезировал непосредственно из компонентов - Y2S3 в течение 3 мин. при давлении 70 кбар и температуре 10000С.
Моносульфид YS кристаллизуется в структурном типе NaCl, это подтверждает сравнение экспериментальных и вычисленных интенсивностей отражений.
←предыдущая следующая→
1 2
|
|