Оценка степени изученности двойных диаграмм состояния систем свинца с элементами периодической таблицы

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2014, том 57, №5_

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

УДК 669.017.11

Т.Д.Джураев, Ф.К.Ходжаев, И.Ш.Муслимов, А.Х.Махмадуллоев

ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ИЗУЧЕННОСТИ ДВОЙНЫХ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ СВИНЦА С ЭЛЕМЕНТАМИ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ

Таджикский технический университет им. академика М.С.Осими

Проведён анализ данных литературы по двойным диаграммам состояния свинца с элементами периодической таблицы. Установлено, что из 91 системы РЬ-Э (элемент) изучено и построено диаграмм состояния для 50 систем. В большинстве случаев построенные диаграммы состояния подлежат уточнению с использованием более чистых исходных материалов и современных методов физико-химического анализа и термодинамических расчётов на ЭВМ.

Ключевые слова: диаграммы состояния - свинец - периодическая таблица элементов - механическая смесь - химическое соединение - ограниченная взаимная растворимость - монотектический тип взаимодействия.

В современном мире свинец нашёл широкое применение благодаря сочетанию ряда свойств: очень пластичный, легкоплавкий, обладает сверхпроводимостью, проявляет большую химическую устойчивость, способен защищать от всех видов радиации, образует сплавы с высокими механическими свойствами, один из тяжёлых и стабильных элементов периодической таблицы (ПТ). Наиболее отличительными характеристиками среди других металлов являются его дешевизна и доступность. Несмотря на свой приоритет, свинец остаётся металлом, взаимодействие которого со многими элементами периодической таблицы до сих пор не изучено.

Как известно, в условиях термодинамического равновесия характер физико-химического взаимодействия компонентов отражают диаграммы состояния. В связи с этим, перед нами стояла задача по анализу существующей в литературе информации по двойным диаграммам состояния свинца с другими элементами ПТ для выявления и дальнейшего исследования новых неизученных систем с его участием.

На основании проведённого анализа [1-3] установлено, что системы свинца с элементами !А

^ Rb, Cs и Fr) группы ПТ изучены, и построены их диаграммы состояния, кроме системы РЬ-Fr, по которой никаких данных найти не удалось. Изученные системы характеризуются образованием в них эвтектических смесей, химических соединений и ограниченной, в некоторых случаях весьма ограниченной растворимостью в твёрдом состоянии.

Из элементов ПА (Ве, Mg, Ca, Sr, Ba и Ra) группы ПТ свинец почти со всеми образует химические соединения и механические смеси. Сравнительно наибольшую взаимную растворимость в

Адрес для корреспонденции: Джураев Тухтасун Джураевич, Ходжаев Фируз Камолович. 734042, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. акад. Раджабовых, 10, Таджикский технический университет. E-mail: mcm45@mail.ru.

твёрдом состоянии можно наблюдать только в системе Рb-Mg. О взаимодействии свинца с радием и бериллием никаких данных найти не удалось. Диаграммы состояния построены только для систем свинца с Mg, Ca, Sr и Ba.

Сведения о взаимодействии свинца с элементами ГГГА группы ПТ ^с, Y, La, лантаноиды, Ac и актиноиды) в литературе очень скудны. Из 32 систем свинца с элементами ГГГА группы ПТ диаграммы состояния построены только для 12 систем с Y, La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Yb, Lu, и, Pu. Многие из этих систем изучены не полностью, в них установлено образование механических смесей, химических соединений и предполагается ограниченная растворимость компонентов в твёрдом состоянии.

Из систем свинца с элементами ГУЛ (Ti, Zr, Hf, Th) группы ПТ частично построены диаграммы состояния для систем свинца с Т и Zr, которые указывают на образование в них механических смесей, химических соединений и ограниченной растворимости свинца во вторых компонентах в твёрдом состоянии. По системам РЬ-Н и РЬ-Ки никаких данных найти не удалось.

Не построены диаграммы состояния свинца с элементами УА (V, Та, Ра) группы ПТ, лишь экспериментально установлено образование одного химического соединения в системе с ниобием.

Среди систем свинца с элементами УГА (Сг, Мо, и) и УГГА (Мп, Тс, Яе) групп ПТ экспериментально подтверждён монотектический тип взаимодействия в системах РЬ-Сг и РЬ-Мп и построены их диаграммы состояния. В системах РЬ-Мо, РЬ-', РЬ-Тс и РЬ-Яе также предполагается монотектический тип взаимодействия или полное его отсутствие, но их диаграммы состояния не построены.

При анализе литературных данных по системам свинца с элементами УГГГА (Бе, Яи, 08, Со, Rh, 1г, №, Pd, Pt) группы ПТ установлено, что Бе, Со и Ni со свинцом образуют монотектический тип взаимодействия, а ЯЬ, Pd и Р1 - механические смеси и химические соединения. Лишь в системе Рb-Pd можно наблюдать широкую область образования твёрдого раствора со стороны второго компонента. Данных о взаимодействии свинца с Яи, 08 и Гг найти не удалось, лишь в системе РЬ-Гг экспериментально обнаружено несколько химических соединений. Диаграммы состояния построены для систем свинца с Бе, Со, ЯЬ, М, Pd и Р1.

Почти все диаграммы состояния для систем свинца с элементами ГВ (Си, Ag, Аи), ГГВ ^п, Cd, Hg), ГГГВ (В, А1, Ga, Гп, Т1) и ГУВ (С, Si, Ge, Sn) групп ПТ построены, кроме систем с бором и углеродом. В основном системы свинца с элементами этих групп характеризуются монотектическим типом взаимодействия. Исключение составляют системы с Cd, Гп, Т1, С, Ge и Sn, где можно говорить об образовании обширных областей твёрдых растворов, механических смесей и соединений. Установлено, что бор не взаимодействует со свинцом ни в жидком, ни в твёрдом состояниях.

О взаимодействии свинца с элементами УВ (^ Р, А8, Sb, В^ группы ПТ следует отметить, что лишь для систем РЬ^Ь и РЬ-В пока построены диаграммы состояния, указывающие на образование в них ограниченных твёрдых растворов и механических смесей, а также химических соединений в системе с висмутом. Никаких данных по системам РЬ-^ РЬ-Р и РЬ-А8 найти не удалось, за исключением того, что в системах с азотом и фосфором свинец может образовать несколько химических соединений.

Материаловедение

Т.Д.Джураев, Ф.К.Ходжаев и др.

Анализируя данные по взаимодействию свинца с рассматриваемыми нами элементами VIB (О, S, Se, Te, Po) группы ПТ, установлено, что полностью или частично оно изучено с O, S, Se и Te, так как для них построены диаграммы состояния. С каждым из этих элементов свинец образует по одному, а с кислородом несколько химических соединений. В системах с кислородом, серой, селеном и теллуром может также наблюдаться и монотектический тип взаимодействия. По системе РЪ-Ро никаких данных найти не удалось.

С элементом VПB группы ПТ водородом свинец может образовать одно химическое соединение. Взаимная растворимость водорода со свинцом почти не возможна. Так установлено, что водород практически не растворяется в жидком и твёрдом свинце, лишь при 600°С жидкий свинец поглощает около 1.85-10 % водорода. Диаграмма состояния не построена.

Обобщение диаграмм состояния двойных систем свинца показало недостаточный объём изучения его взаимодействия с другими элементами. В литературе опубликовано сравнительно мало полностью построенных диаграмм состояния систем с его участием, что составило ~ 55% от общего количества систем свинца с 91 элементами. В большинстве случаев построенные диаграммы состояния подлежат уточнению с использованием более чистых исходных материалов и современных методов физико-химического анализа и термодинамических расчётов с использованием ЭВМ.

Таким образом, на основе проведённого анализа можно заключить:

1) металлический свинец в обычных условиях не образует ни с одним элементом диаграммы состояния с неограниченной растворимостью как в жидком, так и в твёрдом состояниях;

2) свинец с 28 элементами образует химические соединения Ка, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, ^ La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Yb, Lu, и, Pu, ТС, Zr, Pd, Pt, Au, Te);

3) к почти полностью изученным системам с построенными диаграммами состояния относятся 50 систем свинца с элементами !А Ка, К, Rb, Cs), ПА (Mg, Ca, Sr, Ba), ША (Y, La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Yb, Lu, U, Pu), IVA (ТС, Zr), VIA (Cr), VПA (Мп), VШA (Fe, Co, Rh, №, Pd и Pt), IB (Си, Ag, Au), ПБ (Zn, Cd, Hg), ШБ (М, Ga, 1п, Т1), IVB (Si, Ge, Sn), VB (Sb, Bi), VIB (О, S, Se и Te) групп ПТ, которые характеризуются ограниченной растворимостью в твёрдом и жидком состояниях, образованием эвтектических, перитектических и монотектических равновесий, химических соединений и отсутствием взаимодействия;

4) образование ограниченных твёрдых растворов свинца с другими элементами изучено недостаточно;

5) к неизученным или малоизученным системам относятся системы свинца с 41 элементами, в частности с элементами 1А ^г), 11А (Ве, Ra), ША ^с, Рт, ТЬ, Но, Ег, Тт, Ас, Th, Ра, Np, Ат, Ст, Бк, Cf, Es, Fr, Md, N0, Lr), IVA (Н), VA (V, Та), VIA (Мо, W), VПA (Тс, Re), VШA (Ru, Os и 1г), ШБ (Б), IVБ (С), VB (К, Р, As), VIБ (Ро), VПB (Н) групп периодической таблицы.

Поступило 27.11.2013 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Под ред. Н.П.Лякишева. - М.: Машиностроение, 1996, 1997, 2001, т. 1-3, 992, 1024, 1320 с.

2. Воздвиженский В.М. - Сб. Теоретические и экспериментальные методы исследования диаграмм состояния металлических систем. - М.: Наука, 1969, 39 с.

3. Корнилов И.И., Матвеев Н.М., Пряхина Л.И., Полякова Р.С. Металлохимические свойства элементов периодической системы. - М.: Наука, 1966, 351 с.

Т.Д.Чураев, Ф.К.Хочаев, И.Ш.Муслимов, Х.А.Маьмадуллоев

ТАХЛИЛИ ДАРАЧДИ ОМУЗИШИ ДИАГРАММАМИ ХОЛАТИ ДУЧАНДАИ СУРБ БО ЭЛЕМЕНТХОИ ^АДВАЛИ ДАВРЙ

Донишго^и техникии Тоцикистон ба номи академик М.Осими

Тахлили маълумотхои дар адабиёт вучуд дошта оиди диаграммахои холати дучандаи сурб бо элементхои чадвали даврии Д.И.Менделеев гузаронида шуд. Муайян шудааст, ки аз 91 системахои Pb-Э (элемент) барои 50 система диаграммахои холат омухта ва сохта шудааст. Ам-мо аксарияти диаграммахои холати сохташуда зарурати бо истифодаи ашёхои холис, усулхои тахлилии физико-кимиёвии хозиразамон ва хисобхои термодинамикй бо ёрии компютер дар сатхи нави омузиш карор доранд.

Калима^ои калиди: диаграммауои уолат - сурб - цадвали даврии элементно - омехтаи механики -пайвастагии кимиёви - уалшавандаи мутацобили маудуднок - таъсири типи монотектики.

T.J.Djuraev, F.K.Hodjaev, I.Sh.Muslimov, H.A.Mahmadulloev ASSESSMENT OF THE DEGREE OF CERTAINTY OF DOUBLE PHASE DIAGRAMS OF SYSTEMS LEAD WITH ELEMENTS OF THE PERIODIC TABLE

M.Osimi Tajik Technical University The analysis of literature data on the double phase diagrams of lead with elements of the periodic table (FRI). It is found that from 91 systems Pb-e (element) was studied and constructed diagrams for 50 systems. In most cases, charting the state are determined using cleaner source materials and modern methods of physical-chemical analysis and thermodynamic calculations on a computer.

Key words: state diagrams - lead - periodic table of the elements - a mechanical mixture - the chemical compound - limited mutual solubility - monotektik type of interaction.