ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ СОЛЕВЫХ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ NaNO3 - KNO3 - NaCI

EXPERIMENTAL STUDY OF ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF SALT MELTS OF THE NaNO₃-KNO₃-NACI SYSTEM

Abutdin Rasulov

candidate of chemical Sciences, associate Professor of the Department of chemistry Dagestan state University pedagogical University,

Russia, Makhachkala

Isamutdin Rasulov

teacher MKOU "SOSH Novoluganskoe», Tabasaran district,

Russia, Lidje

Abduzhalil Aliev

chemistry teacher MKOU "Rosnobskaya OOSH», Tlyaratinskiy district,

Russia, Rosnob

АННОТАЦИЯ

Для обоснованного выбора оптимальных составов электролитов необходимо знать их транспортные свойства.

В данной работе для эвтектического и перитектического композиций солевых расплавов системы NaNO₃ - KNO₃ – NaCl перспективных в качестве электролитов в химических источниках тока (ХИТ) и для различных электрохимических процессов мы изучили политермы электропроводности.

ABSTRACT

For a reasonable choice of optimal compositions of electrolytes, it is necessary to know their transport properties.

In this paper, for eutectic and peritectic compositions of salt melts of the NaNO₃ - KNO₃ – NaCl system promising as electrolytes in chemical current sources (HIT) and for various electrochemical processes, we studied polytherms of electrical conductivity.

Ключевые слова: эвтектика, перитектика, электролиты, электропроводность, композиция.

Keywords: eutectic, peritectics, electrolytes, electrical conductivity, composition.

Для экспериментального изучения электропроводности и выявления структурных перестроек нами выбрана трехкомпонентная система с участием хлоридов и нитратов щелочных металлов. Термодинамические, транспортные и теплофизические свойства хлоридов и нитратов щелочных металлов [1-3], являющиеся компонентами исследуемой системы, представлены в таблицах: 1- 3.

Таблица 1.

Термодинамические и транспортные свойства исходных солей NaNO₃ - KNO₃ –NaCl

Примечание: х – плавление с частичным разложением.

                      хх – температура разложения.

                      ххх - значения электропроводности при температуре плавления + 10⁰С

Таблица 2.

Теплофизические свойства исходных солей системы NaNO₃ - KNO₃ -NaCl

где: х - тв.ф. – твердая фаза; хх - ж.ф. – жидкая фаза; ххх – наши расчетные значения.

Таблица 3.

Транспортные свойства исходных солей системы NaNO₃ - KNO₃ -NaCl

Изучению удельной электропроводности чисто хлоридных или чисто нитратных двойных систем щелочных металлов посвящено много работ, полный обзор приводится в работе [4].

В технологической практике расплавленные соли для достижения нужных параметров (плотности, температуры плавления и т.д.) используются в виде смесей. Часто, свойства солевого расплава, не изучены и требуется оценить их. Для эвтектического состава системы NaNO₃ - KNO₃ мы рассчитали удельную электропроводность по формуле χ =m₁ χ₁+ m₂ χ₂ , где χ₁, χ₂ - удельные электропроводности; m₁, m₂,– массовые доли компонентов.

χ _расчет(NaNO₃ - KNO₃) = 0,5·0,66 + 0,5·1,146 =0,903

χ _экспер(NaNO₃ - KNO₃) =0,887

Величины, рассчитанные по этому уравнению, наиболее отличаются от экспериментальных в области составов, богатой более проводящим компонентом (но не более чем на 10%).

Нами было модифицировано уравнение Маркова для расчета эквивалентной электропроводности в трехкомпонентных системах: λ_min=x₁² λ₁ + x₂² λ₂ + x₃² λ₃ + 3λ₁ λ₂   λ₃, но уравнение  при расчете дает погрешности порядка 10-12%, а при использовании модифицированной нами формулы Taniuchi [5],  применительно к трехкомпонентным системам погрешности ниже. λ¹ для эвтектической точки с температурой плавления 212^оС и λ² –для перитектического состава с температурой плавления 244 ^оС.

λ¹_{min (расчет)} (NaNO₃-NaCI-KNO₃) = 0,47·47,6 + 0,05·50,4 + 0,48·34,6 = 41,5

λ²_{min (расчет)} (NaNO₃-NaCI-KNO₃) = 0,13·47,6 + 0,105·50,4 + 0,765·34,6 = 37,95

Хотя формула Taniuchi хорошо описывает электропроводность бинарных расплавленных систем, составленных из одно – и двухвалентных ионов, для которых она, собственно, и была выведена, но при переходе к многокомпонентным системам погрешности возрастают. Нами ведется работа в этом направлении.

Использование различных подходов и моделей позволяет, как бы с нескольких сторон взглянуть на картину комплексообразование и на характер взаимодействия ионов в расплавах

Нами для экспериментального изучения электропроводности выбраны составы нонвариантного равновесия эвтектического и перитектического характера плавления в трехкомпонентной системе NaNO₃-NaCl-KNO₃, которая является ограняющим элементом пятерной взаимной системы Li,K,Na,Sr//CI,NO₃.

Таблица 4.

Характеристика НВТ систем для изучения политерм электропроводности

При повышении температуры от 493 до 623К в эвтектической точке расплава в системе NaNO₃-NaCl-KNO₃ (рис.1)удельная электропроводность возрастает на 23oм^-1см^-1 или на 180%. При этом при возрастании температуры на каждые 10К, удельная электропроводность возрастает в среднем на 1,64 oм^-1см^-1, а проводимость смеси том же температурном интервале возрастает в 1,8 раз.

Рисунок 1. Зависимость ln χ расплава системы NaNO₃-NaCl-KNO₃от 10³/Т

Графики зависимости электропроводности от температуры принято выражать в координатах ln χ = f (1/Т). Эти зависимости нужны для вычисления энергии активации и выяснения механизма проводимости.

При повышении температуры от 523 до 623К в перитектической точке расплава в системе NaNO₃-NaCl-KNO₃ (рис. 2) удельная электропроводность возрастает на 19,79oм^-1см^-1 или на 179%. При этом при возрастании температуры на каждые 10К, удельная электропроводность возрастает в среднем на 1,72 oм^-1см^-1, а проводимость смеси том же температурном интервале возрастает в 1,8 раз.

Рисунок 2. Зависимость ln χ расплава системы  NaNO₃-NaCl-KNO₃от 103/Т

Рисунок 3. Зависимость проводимости от обратного значения температуры

Для эвтектического и перитектического составов, построены графики зависимости проводимости от обратного значения температуры и их зависимость отображена на рисунке 3.

Как видно на рисунке 3 в области более высоких температур все политермы электропроводности переходят в область «плоского плато» т.е. в область насыщения, что объясняется образованием более крупных ассоциатов.

Наибольшие значения зависимости проводимости от обратного значения температуры выявлены в эвтектической точке в системе NaNO₃-NaCl-KNO₃.

Полученные значения удельной электропроводности в двух и трехкомпонентных системах, показывает перспективность данных солевых композиций в качестве электролитов в химических источниках тока и как электролиты разнообразного назначения, а также позволяют определенные закономерности изменения структуры расплавов.

Список литературы:

1. Термические константы веществ. // Под ред. Глушко В.П. М.: ВИНИТИ, 1976, В.9, 574 с.
2. Краткий химический справочник. // Под ред. Рабиновича В,А. Издание 2. Л.: Химия, 1978, 392 с.
3. Справочник по расплавленным солям // Под ред. Морачевского.- Л.: Химия, 1971, Т.1, 357 с.
4. Bockric J.O^,M., Grook E.H., Bloom H.,Richards N. E. The electric conductance of simple molten electrolytes. - Rroc. Roy. Soc., 1960, v. A 225, № 1283, p. 558-578.
5. Taniuchi K., Kanai T., Inoue A. Electrical conductivities of molten salts of sante binary fluoride systems containing lithium fluoride.- Sci. Repts. Tohohu. niv., 1976, 26, N 2-3, p. 136-150.