Диплом: Фазовые равновесия в системе MgS-Y2S3
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 Ц 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 Ц 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 ЦLn2S3. 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 Ц Y2S3
. 32
3.1.4. Микроструктурный анализ образцов системы MgS Ц 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 Ц Ln2S3 изучалось Флао,
Патри, Доманжем. По характеру взаимодействия все системы можно разделить на три
группы. В системах для La Ц Gd тройные соединения не образуются. Для Tb Ц Er, Y
в литературе указано на образование тройных соединений типа MgLn2S
4, кристаллизующихся в ромбической сингонии. Для Tm Ц Sc фаза MgLn2
S4 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 ЦХ Ц проекции
диаграммы состояния, являющейся основанием для синтеза материалов.
Цель настоящей работы состоит в изучении фазовых равновесий в системе MgS Ц Y
2S3 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-Ln2
S3 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 800
0С).
2. 2Mg + S + H
2S = 2MgS + H
2
3. MgO + CS
2 = 2MgS + CO
2 (температура 700-900
0С).
4. MgO + C + S = MgS + CO
5. MgSO
4 +2C = MgS + 2 CO
2 (температура 900
0С).
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/см
3. Они плавятся при температуре 2000
0
С, фосфоресцируют, вызывают красное катодное свечение, трудно растворимы в воде,
реагируют с холодной водой[2]:
3MgS + 2HOH = Mg (HS)
2 + 2MgO + H
2S
При гидролизе MgS в теплой воде образуется окись магния и сероводород[3]:
MgS + HOH = MgO + H
2S
Разбавленные кислоты, такие как HF, HCl, H
2SO
4, реагируют
с MgS, образуя соли и H
2S. Cl, Br, I энергично реагируют с нагретым
выше 300
0С MgS, образуя соответствующие галогениды.
Двуокись углерода под давлением 50-100 мм.рт.ст. реагирует с MgS, нагретым выше
660
0С[4]:
MgS + CO
2 = MgO + COS
1.1.2. Фазовое равновесие в системе Y-S.
Существуют следующие сульфидные фазы иттрия YS, Y
5S
7, d-Y
2S
3, γ‑Y
2S
3, YS
2.
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 YS
0,75 (Y
4
S
3), при этом период решетки a уменьшается от 5,493 (YS) до 5,442 A
