Универсальный алгоритм расчета фазовых равновесий жидкость – пар в квазипростых многокомпонентных системах

  • Николай Александрович Чарыков ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация; НАО «Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева», Центр “Веритас”, ул. А. К. Протозанова, 69, Усть-Каменогорск 070004, Республика Казахстан; ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)», ул. профессора Попова, 5, Санкт-Петербург 197022, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-4744-7083
  • Алексей Вадимович Румянцев ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-3985-2086
  • Виктор Анатольевич Кескинов НАО «Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева», Центр “Веритас”, ул. А. К. Протозанова, 69, Усть-Каменогорск 070004, Республика Казахстан https://orcid.org/0000-0003-3227-122X
  • Константин Николаевич Семенов ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация; ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург 199034, Российская Федерация; ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова» ул. Льва Толстого, 6-8, Санкт-Петербург 197022, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-2239-2044
  • Валерия Павловна Герман ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация
  • Наталья Анатольевна Куленова НАО «Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева», Центр “Веритас”, ул. А. К. Протозанова, 69, Усть-Каменогорск 070004, Республика Казахстан https://orcid.org/0000-0002-7063-4899
  • Марина Валентиновна Чарыкова ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург 199034, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-8311-0325
  • Мария Викторовна Кескинова ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-8359-9594
  • Михаил Юрьевич Аршинов ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация
Ключевые слова: правило Здановского, квазипростые системы, диаграммы фазовых равновесий жидкость–пар, неполные потенциалы Гиббса, аналоги, законы Гиббса–Коновалова, правила Гиббса–Розебома

Аннотация

Целью работы является рассмотрение изотермических диаграмм пар-жидкость квазипростых систем и разработка универсального алгоритма расчета изотермических диаграмм пар-жидкость этих систем, не зависящий от типа валентности электролита, количества компонентов системы и типов твердых фаз. Установленные в работе аналоги трех законов Гиббса–Коновалова и трех правил Гиббса–Розебома задаются при движении по линиям моновариантных равновесий на диаграммах растворимости систем с произвольным числом компонентов.

Собственные экспериментальные исследования в настоящей работе не проводились. Разработанный алгоритм применен к описанию диаграмм растворимости (твердое–жидкость) и диаграмм фазовых равновесий жидкость - пар в трех и четырехкомпонентных системах с числом летучих компонентов от одного до трех. Во всех случаях наблюдается убедительное согласие результатов термодинамического неэмпирического расчета с имеющимися в литературе экспериментальными данными.

Продемонстрировано убедительное согласие как экспериментальных литературных данных, так и данных термодинамического расчета авторов с установленными аналогами трех законов Гиббса–Коновалова и трех правил Гиббса–Розебома

Скачивания

Биографии авторов

Николай Александрович Чарыков, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация; НАО «Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева», Центр “Веритас”, ул. А. К. Протозанова, 69, Усть-Каменогорск 070004, Республика Казахстан; ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)», ул. профессора Попова, 5, Санкт-Петербург 197022, Российская Федерация

д. х. н., профессор кафедры физической химии, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Алексей Вадимович Румянцев, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация

д. х. н., заведующий кафедрой инженерной радиоэкологии и радиохимической технологии, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Виктор Анатольевич Кескинов, НАО «Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева», Центр “Веритас”, ул. А. К. Протозанова, 69, Усть-Каменогорск 070004, Республика Казахстан

к. х. н., в. н. с. Центра “Веритас”, Казахстанский государственный технический университет (Усть-Каменогорск, Республика Казахстан)

Константин Николаевич Семенов, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация; ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург 199034, Российская Федерация; ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова» ул. Льва Толстого, 6-8, Санкт-Петербург 197022, Российская Федерация

д. х. н., профессор, заведующий кафедрой общей и биоорганической химии, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. И. П. Павлова (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Валерия Павловна Герман, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация

аспирант кафедры физической химии, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Наталья Анатольевна Куленова, НАО «Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева», Центр “Веритас”, ул. А. К. Протозанова, 69, Усть-Каменогорск 070004, Республика Казахстан

к. х. н., заведующая Центра “Веритас”, Казахстанский государственный технический университет (Усть-Каменогорск, Республика Казахстан)

Марина Валентиновна Чарыкова, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург 199034, Российская Федерация

д. г.-м. н., профессор, заведующая кафедрой геохимии геологического факультета, Санкт-Петербургский государственный университет (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Мария Викторовна Кескинова, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация

ассистент кафедры теоретических основ материаловедения, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Михаил Юрьевич Аршинов, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Московский пр., 26, Санкт-Петербург 190013, Российская Федерация

аспирант кафедры физической химии, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Литература

Zdanovskii A. B. Patterns in the property changes of mixed solutions*. Proceedings of the salt laboratory AN SSSR. 1936;6: 1-70. (In Russ.)

Ryasanov M. A. Selected chapters from the theory of solutions*. Syktyvkar: SGU Publ.; 1997. 205 p. (In Russ.)

Mikulin G. I. Thermodynamics of mixed solutions of strong electrolytes. Issues of physical chemistry of electrolyte solutions*. Leningrad: Khimiya Publ.: 1968. p. 202–231. (In Russ.)

Charykova M. V., Charykov N. A. Thermodynamic modeling of evaporite sedimentation processes*. S-etersburg:

Nauka Publ.; 2003. 261 p. (In Russ.)

Filippov V. K. Systems complying with Zdanovskii’s rule*. Vestnik of Saint Petersburg university: Physics and Сhemistry. 1977;3: 98–105. (In Russ.)

Charykov N. A., Rumyantsev A. V., Keskinov V. A., Letenko D. G., Charykova M. V. Universal algorithm for calculation of liquid-vapor diagrams of quasi-simple multicomponent systems. Journal of Chemical & Engineering Data. 2024;69(11): 4089–4097. https://doi.org/10.1021/acs.jced.4c00307

Storonkin A. V. Thermodynamics of heterogeneous systems*. Book 1. Part I, II. Leningrad: LGU Publ.; 1967. 467 p. (In Russ.)

Storonkin A. V. Thermodynamics of heterogeneous systems*. Book 2. Part III. Leningrad: LGU Publ.; 1969. 270 p. (In Russ.)

Münster A. Chemische thermodynamik. Berlin: Akademie — Verlag; 1969. 261 p.

Korjinskii A. D. Theoretical bases of mineral paragenesis analysis*. Moscow: Nauka Publ.; 1973. 288 p. (In Russ.)

Filippov V. K. About the connection between chemical potentials, pressure, temperature and composition in multicomponent multiphase systems. In: Aspects of thermodynamics of heterogeneous systems and theory of surface phenomena*. Collection of articles. A. V. Storonkin and V. T. Zharov (eds.). Leningrad: LGU Publ.; 1973. Vol. 2. p. 20–36. (In Russ.)

Filippov V. K. About the conditions of equilibrium and stability of heterogeneous systems. In: Aspects of thermodynamics of heterogeneous systems and theory of surface phenomena*. Collection of articles. V. K. Filippov (ed.). Leningrad: LGU Publ.;1992. Vol. 9. p. 6–33. (In Russ.)

Stromberg A. G., Semchenko D. P. Physical chemistry*. Moscow: Vysshaya shkola Publ.; 2001. 529 p. (In Russ.)

Pitzer K. S., Kim J. J. Thermodynamics of electrolytes. IV. Activity and osmotic coefficients for mixed lectrolytes. Journal of the American Chemical Society. 1974;96: 5701–5707. https://doi.org/10.1021/ja00825a004

Rabinovich V. A., Khavin Z. Ya. Brief chemical reference*. Ed. 2-nd: Corr. and add. Leningrad: Khimiya Publ.; 1978. 285 p. (In Russ.). Available at: http://es.niv.ru/doc/dictionary/chemical-manual/articles/660/parcialnyedavleniya-hcl-i-h2o.htm

Chemist’s Handbook*. Ed. 2-nd: Corr. and add. B. P. Nikol’skiy (ed.). Vol. 3. Moscow, Leningrad: Khimiya Publ.; 1964. 339 p. (In Russ.)

Reznik F. Ya. Isopiestic measurement of the vapor pressure in electrolyte solutions. In: Physical chemistry of electrolyte solutions*. G. I. Mikulin (ed.). 1968. p. 222–239. (In Russ.)

Reference book on the solubility of salt systems*. Leningrad: Khimiya Publ.; 1975. Vol. II-1. 552 p. (In Russ.)

Reference book on the solubility of salt systems*. Leningrad: Khimiya Publ.; 1973. Vol. I-2. 568–1069 p. (In Russ.)

Reference book on the solubility of salt systems*. Leningrad: Khimiya Publ.; 1973. Vol. I-1. 567 p. (In Russ.)

Eusseltova J. Solubility of lithium nitrate in solutions of lithium halides. Monatshefte für Chemie - Chemical Monthly. 2005;136(9): 1567–1572. https://doi.org/10.1007/s00706-005-0345-4

Armstrong H., Eyre J., Paddison W. Studies of the processes operative in solutions. In: Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 1907;79: 570 and 1911;84: 128.

Storonkin A. V., Markuzin N. P. Investigation of vapor pressure in saturated and unsaturated solutions of potassium chloride in hydrochloric acid*. Russian Journal of Physical Chemistry A. 1955;29(1): 110–119. (In Russ.)

Reference book. Experimental data on the solubility of multicomponent systems. Vol. 2. Quaternary and more complex systems. Book 1, 2*. A. D. Pel’sh (ed.). Leningrad: Khimiya Publ.; 1063 p. (In Russ.)

Efimov N. V., Rozendorn E. R. Linear algebra and multidimensional geometry*. 2023. 552 p. (In Russ.)

Multidimensional geometry*. O. V. Yakunin (ed.). Penza: PSU Pub.; 2013. 156 p. (In Russ.)

Charykov N. A., Rumyantsev A. V., Semenov K. N., … Blokhin A. A. Topological isomorphism of liquid-vapor, fusibility, and solubility diagrams. Analogues of Gibbs–Konovalov and Gibbs–Roozeboom laws for solubility diagrams. Processes. 2023;11(5): 1405. https://doi.org/10.3390/pr11051405

Опубликован
2024-12-04
Как цитировать
Чарыков, Н. А., Румянцев, А. В., Кескинов, В. А., Семенов, К. Н., Герман, В. П., Куленова, Н. А., Чарыкова, М. В., Кескинова, М. В., & Аршинов, М. Ю. (2024). Универсальный алгоритм расчета фазовых равновесий жидкость – пар в квазипростых многокомпонентных системах. Конденсированные среды и межфазные границы, 27(1), 67-85. https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/12491
Раздел
Оригинальные статьи