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.
Фазовые равновесия в системе MgS-Y2S3.
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]
Т, К Т, К
Ж
MgS+Ж
920
390
MgS+Mg MgS+S
Mg S
Рис. 1 Ориентировочная диаграмма состояния системы MgS.
Свойства MgS
MgS получают:
Mg+S=MgS (реакция происходит в фарфоровой трубке при 8000С).
2Mg + S + H2S = 2MgS + H2
MgO + CS2 = 2MgS + CO2 (температура 700-9000С).
MgO + C + S = MgS + CO
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 водой[2]:
3MgS + 2HOH = Mg (HS)2 + 2MgO + H2S
При гидролизе MgS в теплой воде образуется окись магния и сероводород[3]:
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 6600С[4]:
MgS + CO2 = MgO + COS
Фазовое равновесие в системе Y-S.
Существуют следующие сульфидные фазы иттрия YS, Y5S7, d-Y2S3,