Диаграммы растворимости солей

Физико-химические основы технологических процессов

Для любой многокомпонентной системы, в состав которой входит вода, существует диаграмма растворимости. По ней определяют, какая соль и в каком количестве выпадет из раствора при испарении воды или охлаждении, — на этом основано производство солей: хлорида калия, нитрата калия, соды.

Типы водно-солевых систем

Система	Состав	Пример
Двухкомпонентная	вода + соль	$\mathrm{NaCl{-}H_2O}$
Трёхкомпонентная	две соли с общим ионом и вода	$\mathrm{K^+,\ Na^+ \parallel Cl^-,\ H_2O}$ ( $\mathrm{KCl{-}NaCl{-}H_2O}$ )
Четырёхкомпонентная	три соли с общим ионом (обычно анионом) и вода	$\mathrm{K^+,\ Na^+,\ Mg^{2+} \parallel Cl^-,\ H_2O}$ ( $\mathrm{KCl{-}NaCl{-}MgCl_2{-}H_2O}$ )
Четырёхкомпонентная взаимная	две соли без общих ионов и вода	$\mathrm{K^+,\ Na^+ \parallel Cl^-,\ NO_3^-,\ H_2O}$ ( $\mathrm{NaNO_3{-}KCl{-}H_2O}$ )

В записи ионного состава катионы отделяют от анионов двойной чертой. Систему называют взаимной, если соли не имеют общего иона и в растворе возможна реакция обмена: $\mathrm{NaNO_3 + KCl \rightleftarrows KNO_3 + NaCl}$ .

Двухкомпонентная система вода — соль

Диаграмма растворимости вода — соль: линия плавления льда HA и кривая растворимости соли AD сходятся в эвтектической точке A; BC — эвтектическая горизонталь; точки m₁–m₅ показывают пути изотермической и политермической кристаллизации

По горизонтали — состав: от чистой воды (слева) до чистой соли (справа); по вертикали — температура. Точка $H$ — температура плавления льда, точка $D$ — температура плавления соли.

Элемент диаграммы	Смысл
$A$	точка эвтектики
$HA$	линия плавления льда
$AD$	кривая растворимости соли
$HAD$	ликвидус
$L$ (выше $HAD$ )	область ненасыщенных растворов
$ADC$	поле кристаллизации соли
$HAB$	поле кристаллизации льда
ниже $BC$	механическая смесь кристаллов соли и льда

🙏 Если вам нравится сайт, подпишитесь на наш 🔗 Телеграм-канал.

Кристаллизация

Состояние системы в целом изображает фигуративная точка. Пусть исходный ненасыщенный раствор отвечает точке $m_1$ . Выделить из него соль можно двумя способами.

1. Изотермическая кристаллизация — испарение воды при постоянной температуре. Доля соли в системе растёт, и фигуративная точка движется горизонтально вправо. В точке $m_2$ на кривой растворимости раствор стал насыщенным — появляются первые кристаллы соли. При дальнейшем испарении фигуративная точка уходит в поле кристаллизации соли, в точку $m_3$ : система состоит из насыщенного раствора состава $m_2$ и твёрдой соли $S$ .

2. Политермическая кристаллизация — охлаждение раствора. Состав системы не меняется, и фигуративная точка движется вертикально вниз. В точке $m_4$ она достигает кривой растворимости — начинает кристаллизоваться соль. При дальнейшем охлаждении соль продолжает выпадать, раствор беднеет ею, и его состав движется по линии ликвидуса от $m_4$ к точке эвтектики $A$ . Когда фигуративная точка системы достигает эвтектической горизонтали (точка $m_5$ ), оставшийся раствор эвтектического состава замерзает целиком — в смесь кристаллов льда и соли.

Термическая и химико-термическая обработка сталей