Фазовая диаграмма системы Na2SO4 – In2(SO4)3. Сравнительный анализ систем Na2SO4 – R2(SO4)3 (R = Al, Ga, Fe, In, Sc, Yb)

  • Вера Юрьевна Пройдакова ФГБУН Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук», ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-8017-9175
  • Валерий Вениаминович Воронов ФГБУН Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук», ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-5029-8560
  • Сергей Викторович Кузнецов ФГБУН Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук», ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-7669-1106
  • Иван Николаевич Некрылов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-4491-4739
  • Александр Юрьевич Завражнов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-0241-834X
  • Павел Павлович Федоров ФГБУН Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук», ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-2918-3926
DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/12805
Ключевые слова: сульфат натрия, сульфат индия, сульфат алюминия, сульфат галлия, сульфат железа, сульфат скандия, сульфат иттербия, фазовые диаграммы, твердые растворы, изоморфизм

Аннотация

Цель статьи: Впервые изучена фазовая диаграмма системы сульфата натрия с сульфатом индия.

Экспериментальная часть: Использованы методики термического и рентгенофазового анализа (РФА), включая высокотемпературный.

Выводы: В системе Na2SO4 - In2(SO4)3 образуются соединения NaInSO4, которое инконгруэнтно плавится при 800 °С, Na3In(SO4)3, имеющее полиморфные превращения при 210 и 580 °С и разлагающееся в твердом состоянии при 680 °С, а также соединение с содержанием 7±1 мол. % In2(SO4)3 (φ- фаза), переходящее в твердый раствор In2(SO4)3 в Na2SO4 (в дальнейшем – α-фаза) при 540 °С. Координаты эвтектики – 710 °С, 18 мол. % In2(SO4)3. Область твердого раствора на основе α-Na2SO4 составляет 11±1 мол. % In2(SO4)3. На кривых плавления твердого раствора имеется максимум
при 895 °С и 3 мол. % In2(SO4)3. По данным РФА соединение NaInSO4 кристаллизуется в структурном типе явапаита – KFe(SO4)2 (моноклинная сингония, пр. группа С2/m, параметры решетки a = 8.024 Å, b = 5.069 Å, c = 7.211 Å, β = 90.6°), и изоструктурно соединениям аналогичного состава с сульфатами алюминия, галлия, железа, хрома, ванадия и родия. Низкотемпературная модификация Na3In(SO4)3 кристаллизуется в тригональной сингонии, пр. группа R-3, параметры решетки a = 13.970 Å, c = 8.871 Å), и изоструктурно аналогичным соединениям с сульфатами алюминия, галлия, железа (III), ванадия, родия, скандия. Рентгенограмма среднетемпературной модификации Na3In(SO4)3
проиндицирована в моноклинной сингонии, пр. группа P21/c, параметры решетки a = 16.187(4) Å, b = 13.584(3) Å, c = 9.639(2) Å, β = 91.6°. Рентгенограмма φ фазы проиндицирована в моноклинной сингонии, пр. группа Р21/с, с параметрами решетки a = 7.836 Å, b = 14.845 Å, c = 4.57 Å, β = 91.14º.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Вера Юрьевна Пройдакова, ФГБУН Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук», ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация

н. с. Института общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук (Москва, Российская Федерация)

Валерий Вениаминович Воронов, ФГБУН Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук», ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация

к. ф.-м. н., в. н. с. Института общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук (Москва, Российская Федерация)

Сергей Викторович Кузнецов, ФГБУН Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук», ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация

к. х. н., и. о. заведующего лабораторией Института общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук (Москва, Российская Федерация)

Иван Николаевич Некрылов, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

ассистент кафедры общей и неорганической химии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Александр Юрьевич Завражнов, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. х. н., профессор кафедры общей и неорганической химии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Павел Павлович Федоров, ФГБУН Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук», ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация

д. х. н., профессор, гл. н. с. Института общей физики им. А. М. Прохорова Российской
академии наук (Москва, Российская Федерация)

Литература

Ivanov-Shchits A. K., Murin I. V. Solid state ionics*. Saint Petersburg: SPbU Publ.; Vol. 1. 2000. Vol. 2. 2010. (In Russ.)

Yaroslavtsev A. B. Solid electrolytes: main prospects of research and development. Russian Chemical Reviews. 2016;85(11): 1255–1276. https://doi.org/10.1070/rcr4634

Skundin A. M., Kulova T. L., Yaroslavtsev A. B. Sodiumion batteries (a review). Russian Journal of electrochemistry. 2018; 54(2): 113–152. https://doi.org/10.1134/s1023193518020076

Heed B., Lunden A., Schroeder K. Sulphate-based solid electrolytes: properties and applications. Electrochimica Acta. 1977;22: 705–707. https://doi.org/10.1016/0013-4686(77)80022-4

Lunden A. Enhancement of cation mobility in some sulphate phases due to a paddle wheel mechanism. Solid State Ionics. 1998;28-30: 163–167. https://doi.org/10.1016/s0167-2738(88)80026-2

Eysel W., Hofer H. H., Keester K. L., Hahn Th. Crystal chemistry and structure of Na2SO4(I) and its solid solutions. Acta Crystallographica Section B Structural Science. 1985;41: 5–11. https://doi.org/10.1107/s0108768185001501

Fedorov P. P., Polkhovskaya T. M., Sobolev B. P., Ivanov-Shits A. K., Sorokin N. I. Growing Na2SO4:Nd3+ single crystals and studying its electrical conductivity*. Soviet Physics. Crystallography. 1983;28(3): 598-599. (In Russ.)

Sorokin N. I., Proydakova V. Yu., Voronov V. V., Kuznetsov S. V., Fedorov P. P. Electrical сonductivity of sodium sulfate-based phases. Inorganic Materials. 2022;58(8): 806–813. https://doi.org/10.1134/s0020168522080118

Voskresenskaya N. K., Evseeva N. N., Berul S. I., Vereshchetina I. P. Handbook on the fusibility of systems made of anhydrous inorganic salts*. Moscow-Leningrad: USSR Academy of Sciences Publ.; 1961. 846 p. (In Russ.)

Fedorov P. P. Heterovalent isomorphism and solid solutions with a variable number of ions in the unit cell. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2000;45(Suppl. 3): S268–S291. EDN: LGJRLF. Available at: https://elibrary.ru/lgjrlf

Fedorov P. I, Zhang Chi-yuyin. The Na+, Al3+ // SO4 2-system*. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 1966;11(3): 669–671. (In Russ.)

Bolshakov K. A., Fedorov P. I., Ilyina N. I. Binary systems of sodium sulfate with copper (II) and iron (III) sulfates*. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 1963;8(11): 2577–2579. (In Russ.)

Pokrovsky A. N. Synthesis, structure and properties of anhydrous double sulfates of lanthanides and elements of group Ia*. Dr. chem. sci. diss. Moscow: Moscow State University Publ.; 1981. 327 p. (In Russ.)

Fedorov P. I., Fedorov P. P. Sodium sulfate - thorium sulfate system. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2001;46(9): 1422–1423. Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=13367703

Fedorov P. P., Proidakova V. Yu., Kuznetsov S. V., Voronov V. V. Phase equilibria in systems of gallium sulfate with lithium or sodium sulfate. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2017:62(11): 1508–1513. https://doi.org/10.1134/s0036023617110067

Kochubey L. A., Margulis E. V., Vershinina F. I., Vorobyova L. V. The Na2SO4-Bi2(SO4)3 system*. Russian journal of Inorganic Chemistry. 1981;26: 2881-2883. (In Russ.)

Perret R., Tudo J., Jolibois B., Couchot P. Preparation et characterization cristallographique de quelques sulfates doubles d’indium (III) et de thallium(III), MI 3MIII(SO4)3 (MI =Na, K, Rb et Cs). Journal of the Less Common Metals. 1974;37(1): 9–12. https://doi.org/10.1016/0022-5088(74)90003-4

Krause M., Gruehn R. Contributions on the thermal behavior of sulphates XVII. Single crystal structure refinements of In2(SO4)3 and Ga2(SO4)3. Zeitschrift für Kristallographie – Crystalline Materials. 1995;210: 427–431. https://doi.org/10.1524/zkri.1995.210.6.427

Proidakova V. Yu., Kuznetsov S. V., Voronov V. V., Fedorov P. P. Synthesis of gallium sulfate. Tonkie Khimicheskie Tekhnologii [Fine Chemical Technologies]. 2017;12(3): 52–57. Available at: https://elibrary.ru/zbmoyn

Fedorov P. I., Fedorov P. P., Drobot D. V. Physicochemical analysis of anhydrous salt systems*. Moscow: MIHM Publ.; 1987. 90 p. (In Russ.)

Fedorov P. P, Medvedeva L. V. On thermographic determination of liquidus temperatures*. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 1989;34(10): 2674–2677. (In Russ.)

Perret R., Couchot P. Preparation et caracterisation de quelques “aluns anhydres” de sodium. Comptes Rendus de Academie des Sciences. Paris. 1972;C274: 363–369.

Perret R., Devaux M. Identificatiion cristallochimique de quelques composes anhydres du sulfate de rhodium. Journal of the Less Common Metals. 1975;42: 43–50. https://doi.org/10.1016/0022-5088(75)90018-1

Ferhmann R., Boghosian S., Papatheodorou G. N., Nielsen K., Berg R.W., Bjerrum N. J. The crystal structure of NaV(SO4)2. Acta Chemica Scandinavica. 1991;45: 861–964. https://doi.org/10.3891/acta.chem.scand.45-0961

Graeber E .J., Rozenzweig A. The crystal structure of yavapaiite, KFe(SO4)2, and goldichite, KFe(SO4)2·4H2O. American Mineralogist, 1971;56: 1917–1933.

Boghosian S., Ferhmann R., Nielsen K., … Francis G. W. Synthesis and crystal structure of Na3V(SO4)3. Spectroscopic Characterization of Na3V(SO4)3 and NaV(SO4)2. Acta Chemica Scandinavica. 1994;48: 724–731. https://doi.org/10.3891/acta.chem.scand.48-0724

Shannon R. D. Revised effective ionic radii in halides and chalcogenides. Acta Crystallographica Section A. 1976; A32: 751–767. https://doi.org/10.1107/s0567739476001551

Fedorov P. P., Sobolev B. P., Fedorov P. On the influence of ionic radii on the formation of heterovalent solid solutions with a change in the number of atoms in the unit cell. Soviet Physics. Crystallography. 1981;26: 291–295.

Fedorov P. P., Sobolev B. P. On the conditions of formation of maxima on melting curves of solid solutions in salt systems*. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 1979;24(4): 1038–1040. (In Russ.)

Fedorov P. P. Concerning the incorporation of divalent cations into the high-temperature modification of Li2SO4. Solid State Ionics 1996;84: 113–115. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(96)83013-X

Proydakova V. Yu., Voronov V. V., Pynenkov A. A., … Fedorov P. P. Sodium sulfate polymorphism. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2022;67(7): 970–977. https://doi.org/10.1134/s0036023622070208

Tsvetkov V. B., Proydakova V. Yu., Kuznetsov S. V., … Fedorov P. P. Growth of Yb : Na2SO4 crystals and study of their spectral – luminescent characteristics. Quantum Electronics. 2019;49(11): 1008–1010. https://doi.org/10.1070/qel17107

Опубликован
2025-04-08
Как цитировать
Пройдакова, В. Ю., Воронов, В. В., Кузнецов, С. В., Некрылов, И. Н., Завражнов, А. Ю., & Федоров, П. П. (2025). Фазовая диаграмма системы Na2SO4 – In2(SO4)3. Сравнительный анализ систем Na2SO4 – R2(SO4)3 (R = Al, Ga, Fe, In, Sc, Yb). Конденсированные среды и межфазные границы, 27(2), 267-277. https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/12805
Выпуск
Том 27 № 2 (2025)
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2025 Конденсированные среды и межфазные границы

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)