ikbguИзвестия Кабардино-Балкарского государственного университетаProceedings of the Kabardino-Balkarian State University2221-7789Kabardino-Balkarian State University named after Kh. M. BerbekovJAGIDBikbgu-316Research ArticleХимияChemistryГетерогенное равновесие и ряд физико-химических свойств насыщенных растворов в системе Na2WO4–Nа2СО3–Н2О при 30 °СPhase equilibility and specific properties of suspensed solves in the Na2WO4–Nа2СО3–Н2О system at 30 °СКяровАслан АсланбиевичKyarovАslan A.aslankyarov700@mail.ruМукожеваРадина АслановнаMukozhevaRadina A.karashaeva@mail.ruВиндижеваМадзера КадировнаVindizhevaMadzera K.madzera_vin@yahoo.comЧеркесовЗаур АнатольевичCherkesovZaur A.ШогеноваМария МухамедовнаShogenovaMariya M.Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. БербековаРоссияKabardino-Balkarian State UniversityRussian Federation202630062026162Том 16, № 2 (2026)8086Copyright © Кяров А.А., Мукожева Р.А., Виндижева М.К., Черкесов З.А., Шогенова М.М., 20262026Кяров А.А., Мукожева Р.А., Виндижева М.К., Черкесов З.А., Шогенова М.М.Kyarov А.A., Mukozheva R.A., Vindizheva M.K., Cherkesov Z.A., Shogenova M.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izvestiakbsu.ru/jour/article/view/316

Изучена растворимость в системе Na2WO4–Nа2СО3–Н2О при 30 °С. Показано, что в системе не образуются химические соединения и твердые растворы, но при увеличении содержания вольфрамата натрия в насыщенном растворе карбоната натрия происходит дегидратация декагидрата карбоната натрия с превращением в b-Nа2СО3´7Н2О. Определены плотность, динамическая вязкость и удельная электропроводность насыщенных растворов системы, рассчитаны изотермы, мольного объема, кинематической вязкости, ионной силы, эквивалентной и приведенной электропроводности, а также кажущегося мольного объема суммы солей в растворах. Отмечается четко выраженная корреляция в изменениях этих свойств и растворимости в системе.

The solubility in the Na2WO4–Nа2СО3–Н2О system at 30 °C has been studied. It is shown that chemical compounds and solid solutions are not formed in the system, but with increasing content of sodium tungstate in saturated sodium carbonate solution dehydration of sodium carbonate decahydrate with transformation into b-Nа2СО3´7Н2О occurs. The density, dynamic viscosity and specific electrical conductivity of saturated solutions of the system have been determined, and the isotherms, molar volume, kinematic viscosity, ionic strength, equivalent and reduced electrical conductivity, and apparent molar volume of the sum of salts in the solutions have been calculated. A well-defined correlation in the changes of these properties and solubility in the system is noted.

растворимостьфизико-химические свойствавольфрамат натриякарбонат натрияsolubilityphysical and chemical propertiessodium tungstatesodium carbonate2221-7789-2026-2-80-86Введение

В связи с необходимостью создания прочной научной основы технологии регенерации соды из автоклавных растворов методом дробной кристаллизации в последнее время все больший практический интерес проявляется к исследованию политермы растворимости и свойств насыщенных растворов в системах Na2WO4–Nа2СО3–Н2О и Na2МоO4–Nа2СО3–Н2О.

Пиллотон и Кроули [1] впервые изучили низкотемпературную область (от 20° до –8°) политермы растворимости и плотность насыщенных растворов в этой системе. На основе результатов этих исследований Пиллотон предложил способ извлечения соды из растворов, содержащих вольфрамат, молибдат и другие соли натрия.

С целью выявления ранее не известных и потому нереализованных возможностей значительного повышения эффективности известных способов и разработки новых способов извлечения соды из растворов нами проводится исследование политермы растворимости и свойств насыщенных растворов в системах Na2WO4 (Na2МоO4)–Nа2СО3–Н2О в широких интервалах состава и температуры (от –8° до 110°). Изучены изотермы растворимости и свойств насыщенных растворов в системе при 25, 40, 75 и 100° [2–12], в результате чего выявлена пограничная (эвтоническая) кривая вторичной кристаллизации кристаллогидратов карбоната и молибдата натрия. Однако для установления границ областей кристаллизаций кристаллогидратов карбоната натрия в системе необходимо изучить фазовое равновесие в этой системе при других температурах, в особенно важных для практики пределах 5–35°, в частности при 30°.

 

Экспериментальная часть

Для исследования системы в качестве исходных веществ брались дважды перекристаллизованные карбонат и вольфрамат натрия марки «х.ч.» и дважды дистиллированная вода. Исследование раствори-мости в системе, анализ жидкой фазы и «остатков», определение свойств; насыщенных растворов и со-става твердых фаз системы проводились по методике [2–3]. Полное равновесие в системе достигалось в зависимости от состава через 8-26 часов непрерывного перемешивания растворов с осадками.

Результаты исследования растворимости в системе, представленные в таблице 1 и на рисунке 1, показывают, что в этой системе эвтонического типа происходят частичная дегидратация декагидрата карбоната натрия и его превращение в b-Nа2СО3´7Н2О при увеличении содержания вольфрамата на-трия в насыщенном растворе карбоната натрия до 10,25 и более масс. % Nа2WО4.

 

Таблица 1 – Растворимость в системе Na2WO4–Nа2СО3–Н2О при 30 °С

 

 

 

 

 

В соответствии с числом образующихся в системе твердых фаз (Nа2СО3´10Н2О, b Nа2СО3´7Н2О и Na2WO4´2Н2О) изотерма растворимости (рисунок 1) делится переходной точкой (Р) и эвтонической точкой (Е) на три ветви (АР, РЕ и ЕВ), представляющие слабо отрицательные кривые, очень мало отклоняющиеся (особенно ветви АР и ЕВ) от прямых линий.

Положение переходной точки Р (25,20 масс. % Nа2СО3 и 10,25 масс. % Nа2WО4) на изотерме рас-творимости системы определено по результатам химического анализа жидкой фазы и «остатка» одного состава системы и по точке пересечения ветвей АР и РЕ изотермы растворимости, подтверждено микрофотографическим исследованием структуры твердых фаз (ромбические кристаллы b Nа2СО3´7Н2О И моноклинные – Nа2СО3´10Н2О).

 

Рисунок 1 – Изотерма (30°) растворимости в системе Na2WO4–Nа2СО3–Н2О

 

В эвтонике (21,99 масс. % Nа2СО3 и 17,38 масс. % Nа2WО4) не происходит ликвации твердых фаз по плотности, как это наблюдалось при 25° [2]. Положение эвтонической точки на изотерме растворимости (более близкое расположение к Nа2СО3) показывает, что карбонат натрия обладает значительно

 

 

большим высаливающим действием, чем вольфрамат натрия. Это можно объяснить тем, что СО 2-, об-ладая большей, чем ионы WО 2-, склонностью к гидратации, значительно более прочно связывается с молекулами воды ближайшего окружения, поэтому внедрение их в насыщенный раствор вольфрамата натрия приводит к усилению взаимодействия между ионами Nа+ и WО 2- вследствие возникающего дефицита молекул воды ближайшего окружения и, следовательно, к уменьшению растворимости Na2WО4. С другой стороны, присутствие ионов WО 2- и их конкурирующее влияние, в свою очередь, приводят к уменьшению устойчивости гидратированных ионов СО 2-.

Вследствие этого, в присутствии 10,25 и более масс. % Nа2WО4 в насыщенном растворе системы при 30° твердая фаза Nа2СО3´10Н2О становится неустойчивой и переходит в менее гидратированный b Nа2СО3´7Н2О, тогда как в отсутствие Na2WО4 в чистом насыщенном водном растворе карбоната натрия такое превращение происходит только при 35,2°.

Экспериментально определены плотность (rэ), динамическая вязкость (h) и удельная электропроводность (c) насыщенных растворов системы. На основе полученных данных рассчитаны следующие параметры: мольный объем (Vэ), кинематическая вязкость (g), ионная сила (I) , эквивалентная (l) и приведенная (lh) электропроводность растворов и кажущийся мольный объем суммы солей (VSсэ) в этих растворах. Кроме того, для определения характера и степени взаимодействия солевых компонентов в насыщенных растворах системы нами были рассчитаны парциальные величины плотность (rр), мольный объем (Vр) растворов и кажущийся мольный объем суммы солей (VSс.р.) путем аддитивного сложения (таблица 2, рисунок 2).

 

Рисунок 2 – Изотермы (30°) плотности (рэ и рр ), мольного объема (Vэ и Vp), удельной (c) и эквивалентной (l) электропроводности насыщенных растворов и кажущегося мольного объема суммы солей

(VSс.э. и VSс.р.)г в этих растворах системы Na2WO4–Nа2СО3–Н2О

 

 

 

 

 

 

Заключение

Приведенные данные демонстируют, что все перечисленные свойства насыщенных растворов системы закономерно отражают характер взаимодействия компонентов в системе, что подтверждается методом растворимости.

При увеличении растворимости в системе плотность и мольный объем насыщенных растворов, как правило, увеличивается. Величина этих свойств увеличивается последовательно по мере увеличения содержания Nа2WО4 в насыщенных растворах. В области кристаллизации Nа2СО3´10Н2О эти свойства не отклоняются от аддитивности. Это указывает на то, что структура исходного насыщенного раствора Nа2СО3 не изменяется заметно при увеличении в нем содержания Nа2WО4 до переходной точки. За переходной точкой экспериментальные изотермы плотности (рэ), мольного объема (Vэ) и кажущегося мольного объема суммы солей (VSсэ) значительно отклоняются от рассчитанных по правилу смещения соответствующих изотерм этих свойств. Наибольшее отклонение (0,65 %) этих свойств от аддитивности достигается в эвтоническом растворе. Такое значительное (отрицательное для плотности и положительное для мольного объема) отклонение этих свойств от аддитивности можно объяснить сильным взаимно-разрыхляющим действием Nа2СО3 и Nа2WО4 на структуру их насыщенных растворов. Наиболее плотной структурой обладает насыщенный раствор Nа2СО3, что подтверждается значительно большим значением вязкости этого раствора (6,66 н´с/м2), чем вязкость насыщенного раствора Nа2WО4 (2,8 н´с/м2). Также сильно различается ионная сила этих растворов.

Вязкость и приведенная электропроводность изменяются в соответствии с изменением ионной силы растворов. Изотермы этих свойств однотипны. Противоположно этим свойствам изменяются удельная и приведенная электропроводность, на характер изменения которых доминирующее влияние оказывает вязкость растворов. После исправления на вязкость изотерма (приведенной) электропроводности становится аналогичной изотерме ионной силы.

ReferencesПиллотон Р.Л., Кроули Г.Э. Исследование фазового равновесия в системе Na2WO4–Na2CO3–N2O // Дж. Электрохим. Соч. 1960. Т. 107, N 7. С. 122.Pilloton R.L., Crawley G.E. A phase equilibrium study in the system Na2WO4–Nа2СО3–Н2О //Каров З.Г., Семенова С.Б., Чеужева Т.Н. Гетерогенное равновесие и свойства насыщенных растворов в системе Na2МоO4–Nа2СО3–Н2О при 25 °С // Химия и технология молибдена и вольфрама. Выпуск 1. Нальчик, 1971. С. 178.J. Electrochem. Soc. 1960. V. 107, N 7. Р. 122.Каров З.Г., Кяров А.А., Шаков З.М., Жилова С.Б. Фазовое равновесие и свойства насыщенных растворов в системе Na2МоO4–Nа2СО3–Н2О // Химия молибдена и вольфрама. Выпуск 2. Нальчик, 1983. С. 94.Karov Z.G., Semenova S.B., Cheuzheva T.N. Heterogeneous equilibrium and properties of saturated solutions in the Na2MoO4–Na2CO3–H2O system at 25 °C. Chemistry and Technology of Molybdenum and Tungsten. Issue 1. Nalchik, 1971. P. 178.Кяров А.А., Хочуев И.Ю., Хасанов В.В., Мирзоев Р.С., Камбачокова Л.В., Гуминюк О.И. Гетерогенное равновесие и свойства насыщенных растворов в системе Na2МоO4–Nа2СО3–Н2О при 27 °С // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. 2018. Т. 8, № 1. С. 47–51.Karov Z.G., Kyarov A.A., Shakov Z.M., Zhilova S.B. Phase equilibrium and properties of saturated solutions in the Na2MoO4–Na2CO3–H2O system. Chemistry of Molybdenum and Tungsten. Issue 2. Nalchik, 1983. P. 94.Кяров А.А., Хочуев И.Ю., Мирзоев Р.С., Балахов Э.С., Андриянова Л.А., Казиев А.С. Гетерогенное равновесие и свойства насыщенных растворов в системе Na2МоO4–Nа2СО3–Н2О при 20 °С // Известия высших учебных заведений. Серия Химия и химическая технология. 2014. Т. 57, № 2. С. 20–24.Kyarov A.A., Khochuev I.Yu., Khasanov V.V., Mirzoev R.S., Kambachokova L.V., Guminyuk O.I. Heterogeneous Equilibrium and Properties of Saturated Solutions in the Na2MoO4–Na2CO3–H2O System at 27 °С. Izvestiya Kabardino-Balkarskogo Gosudarstvennogo Universiteta = Proceeding of the Kabardino-Balkarian State University. 2018;8(1):47–51.Каров З.Г., Кяров А.А. Гетерогенное равновесие и свойства насыщенных растворов в системе Na2МоO4–Nа2СО3–Н2О при 36 °С// Аспирант и соискатель. 2003. Т. 16, № 3. С. 158–163.Kyarov A.A., Khochuev I.Yu., Mirzoev R.S., Balakhov E.S., Andriyanova L.A., Kaziev A.S. Heterogeneous Equilibrium and Properties of Saturated Solutions in the Na2MoO4–Na2CO3–H2O System at 20 °С // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Khimiya i Khimicheskaya Technologiya = Chem. Chem. Tech. 2014;57(2):20–24.Каров З.Г., Кяров А.А., Шогенова З.Х. Изотерма растворимости и физико-химические свойства насыщенных растворов системы Na2МоO4–Nа2СО3–Н2О // Вестник Кабардино-Балкарского государственного университета. 2003. № 5. С. 79–85.Karov Z.G., Kyarov A.A. Heterogeneous equilibrium and properties of saturated solutions in the Na2MoO4–Na2CO3–H2O system at 36 °С. Aspirant i Soiskatel = Aspirant and Applicant. 2003;16(3):158–163.Хочуев И.Г., Кяров А.А., Харитонова А.Ж. Гетерогенные равновесия в системе карбонат натрия-молибдат натрия-вода при 34 °С// Вестник Кабардино-Балкарского государственного университета. 1997. № 2. С. 28–30.Karov Z.G., Kyarov A.A., Shogenova Z.Kh. Solubility Isotherm and Physical and Chemical Properties of Saturated Solutions of the Na2MoO4–Na2CO3–H2O System. Vestnik Kabardino-Balkarskogo Gosudarstvennogo Universiteta = Bulletin of the Kabardino-Balkarian State University. 2003;5:79–85.Каров З.Г., Кяров А.А., Хочуев И.Г., Шогенова З.Х. Исследование гетерогенного равновесия и свойств насыщенных растворов системы Na2МоO4–Nа2СО3–Н2О при 33 °С// Вестник Кабардино-Балкарского государственного университета. 1996. № 1. С. 16–24.Khoсhuev I.G., Kyarov A.A., Kharitonova A.Zh. Heterogeneous Equilibria in the System Sodium Carbonate-Sodium Molybdate-Water at 34 °С. Vestnik Kabardino-Balkarskogo Gosudarstvennogo Universiteta = Bulletin of the Kabardino-Balkarian State University. 1997;2:28–30.Каров З.Г., Кяров А.А., Урусова З.Х., Афаунова Р.З. Изотерма (30 °С) растворимости и некоторые свойства насыщенных растворов в системе Na2МоO4–Nа2СО3–Н2О // Журнал неорганической химии. 1988. Т. 33, № 11. С. 2923.Karov Z.G., Kyarov A.A., Khochuev I.G., Shogenova Z.Kh. Investigation of Heterogeneous Equilibrium and Properties of Saturated Solutions of the Na2MoO4–Na2CO3–H2O System at 33 °С. Vestnik Kabardino-Balkarskogo Gosudarstvennogo Universiteta = Bulletin g of the Kabardino-Balkarian State University. 1996;1:16-24.Каров З.Г., Кяров А.А., Лепешков И.Н., Эльмесова Р.М. Гетерогенные равновесия и свойства насыщенных растворов в системе Na2МоO4–Nа2СО3–Н2О при 100 °С // Журнал неорганической химии. 1987. Т. 32, № 2. С. 467–472.Karov Z.G., Kyarov A.A., Urusova Z.Kh., Afauanova R.Z. Solubility isotherm (30 °С) and some properties of saturated solutions in the Na2MoO4–Na2CO3–H2O system. Zhurnal Neorganicheskoi Khimii = Journal of Inorganic Chemistry. 1988;33(11):2923.Каров З.Г., Кяров А.А., Урусова З.Х. Фазовые равновесия и свойства насыщенных растворов в системе Na2МоO4–NаI–Н2О при 25 °С // Журнал неорганической химии. 1987. Т. 32, № 2. С. 473–479.Karov Z.G., Kyarov A.A., Lepeshkov I.N., Elmesova R.M. Heterogeneous Equilibria and Properties of Saturated Solutions in the Na2MoO4–Na2CO3–H2O System at 100 °С. Zhurnal Neorganicheskoi Khimii = Journal of Inorganic Chemistry. 1987;32(2):467–472.Karov Z.G., Kyarov A.A., Urusova Z.Kh. Phase Equilibria and Properties of Saturated Solutions in the Na2MoO4–NaI–H2O System at 25 °С. Zhurnal Neorganicheskoi Khimii = Journal of Inorganic Chemistry. 1987;32(2):473–479.Karov Z.G., Kyarov A.A., Urusova Z.Kh. Phase Equilibria and Properties of Saturated Solutions in the Na2MoO4–NaI–H2O System at 25 °С. Zhurnal Neorganicheskoi Khimii = Journal of Inorganic Chemistry. 1987;32(2):473–479.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.