Способ определения температуры насыщения раствора

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАСЫЩЕНИЯ РАСТВОРА, включающий наблюдение в прозрачной емкости с раствором различия показателей преломления в дворике кристаллизации около кристалла и общей массе раствора с визуальным фиксированием момента установления равенства показателей преломления, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса определения, момент установления равенства показателей преломления фиксируют по исчезновению искажений в дворике кристаллицизации контрастной линии от предмета, устаS новленного за прозрачной емкостью так, чтобы линия пересекала границу (Л раздела кристалл-раствор. со а СА ЗБЦША Ю..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i ) 3531101/23-26 (22) 27.12.82 (46) 07.06.84. Бюл. Ф 21 (72) В.Н. Войцеховский, В.П. Николаева и В.Э. Якобсон (53) 621.315.592(088.8) (56) 1, Штернберг А.А. Определение температуры насыщения раствора по концентрационным потокам. Ученые записки ЛГУ, вып. 13, 1945.

2. Петров Т.Г. Установка для изучения роста кристаллов под микроскопом. "Кристаллография", т. 2, вып. 6, 1957.

3. Ковалевский А.Н. Прецизионный метод определения температуры насыщения прозрачных растворов. — Сб.

"Рост кристаллов", т. 1, M. 1957 (прототип).

ÄÄSUÄÄ 1096312

3(58 d 30 В 7/00 (54)(5?) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАСЫЩЕНИЯ РАСТВОРА, включающий наблюдение в прозрачной емкости с раствором различия показателей преломления в дворике кристаллизации около кристалла и общей массе раствора с визуальньйи фиксированием момента установления равенства показателей преломления, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения процесса определения, момент установления равенства показателей преломления фиксируют по исчезновению искажений в дворике кристаллициэации контрастной линии от предмета, установленного за прозрачной емкостью так, чтобы линия пересекала границу раздела кристалл-раствор.

109б312

Изобретение относится к получению1, кристаллов иэ растворов, Известен способ определения температуры насыщения растворов путем наблюдения за концентрационными потоками, при определении температуры насыщения которым в заведомо перегре тый раствор опускают на каком-либо подвесе кристалл и, подбирая освещение таким образом, чтобы были видны 10 концентрированные потоки, стекающие вниз с растворяющегося кристалла, ведут за ними наблюдение, постепенно снижая температуру раствора. При прохождении температуры насьпцения 15 наблюдают момент исчезновения концентрационных потоков, а при дальнейшем понижении температуры раствора устанавливают смену направления движения потоков, которые при росте 20 кристалла направлены вверх 1 . !

Однако наблюдение за концентрационными потоками требует определенного навыка. Кроме того, потоки при приближении к температуре насьпцения 25 становятся неразличными, что в ряде случаев делает затруднительным определение точки насьпцения раствора с требуемой точностью.

Определенные данным методом зна- щ чения температуры завышены íà 0 51 С, особенно при скоростях охлаждения раствора более 2 — 3 С в 1 ч или при значительной вязкости раствора.

Известен способ определения температуры насьпцения раствора путем наблюдения за процессами роста-растворения кристаллов в термостатированной кювете под микроскопом на микроустаковке. Для определения точки насыщения наблюдают за процессами ростарастворения кристалла, помещенного в раствор, который залит в термостатированную кювету. Пока температура в кювете выше точки насьпцения раствора 5 процессы растворения фиксируются по исчезновению острых ребер и вершин кристалла и по закруглению его очертаний. При понижении температуры и переходе к росту кристалла наблюда50 ют появление плоских участков граней, образование на кристалле ребер и вершин. Непосредственно точку насьпцения раствора не устанавливают. Сначала устанавливают какую-либо "вилку" в

1,5 — 2, которую затем сужают до о 55 требуемого значения +0,1 С более тщао тельными определениями при меньших скоростях снижения температуры (21 °

Однако определение точки насьпцения данным способом требует весьма значительных затрат времени, и результаты обычно занижены на несколько десятых градуса.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является способ определения температуры насыщения раствора путем наблюдения за концентрационными потоками при использовании растровой оптики, что несколько облегчает наблюдение за концентрационными потоками Г33.

При определении точки насьпцения по этому методу по мере снижения температуры наблюдение ведут за концентрационными потоками по их теневой проекции на экране и за четкостью изображения слоя раствора, через который происходит диффузия вещества от кристалла в раствор или наоборот (дворик кристаллизации) . Дворик кристаллизации является оптической неоднородностью и дает изображение на экране растровой оптической системы. В этом случае фиксируют момент исчезновения концентрационных потоков и дворика кристаллизации, что ! соответствует прохождению через температуру насьпцения раствора. Фиксация точки насьпцения этим способом также затрудняется замедлением процессов рос" а--растворения при приближении к температуре насьпцения, практически полным исчезновением потоков и уменьшением четкости изображения дворика кристаллизации за несколько десятых градуса до температуры насыщения.

Кроме того, требуется создание специального устройства с достаточно сложной и хорошо отлаженной оптической системой, причем rom."ость метода в значительной степени определяется качеством наладки оборудования.

Точность определения температуры насьпцения раствора составляет +0,05 С.

Таким образом, все перечисленные способы определения точки насьпцения отличаются тем, что они требуют специальных, подчас достаточно сложных установок, значительных затрат времени на проведение определения за счет получения температурной "вилки" с последующим ее сужением, и в ряде случаев не обеспечивают необходимую точность определения температуры насьпцения.

1096312

Отклонение показателя преломления раствора в слое, примыкающем к кристаллу, от показателя преломления основной массы раствора устанавливают путем наблюдения за очертаниями какого-либо предмета через раствор.

Предме г располагается таким образом, Целью изобретения является упрощение способа определения температуры насьпцения раствора.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения температуры насьпцения раствора путем наблюдения в прозрачной емкости с раствором различия показателей преломления в дворике кристаллизации около кристалла и общей массе раство-10 ра с визуальным фиксированием момента установления равенства показателей преломления, момент установления равенства показателей преломления фиксируют по исчезновению искажений в дворике кристаллизации контрастной линии от предмета, установленного за прозрачной емкостью так, чтобы линия пересекала границу раздела кристаллраствор. 20

На фиг. 1 изображен характер искажений контрастной линии при растворении кристалла, на фиг. 2 — характер искажений контрастной линии при росте кристалла, на фиг. 3 — от- 25 сутствие искажений контрастной линии в дворике кристаллизации при температуре насьпцения раствора, на фиг.4— схема устройства для определения температуры насьпцения раствора. 30

При растворении кристалла, т.е. при температурах вьпце точки насьпцения раствора (при концентрациях ниже концентрации насьпцения), раствор

1в дворике растворения имеет более высокую концентрацию и, следовательно, более высокий показатель преломления по сравнению с окружающей массой раствора. При росте кристалла т.е. при температурах ниже точки насьпцения (при концентрациях вьппе концентрации насьпцения), концентрация раствора и показатель преломления в дворике кристаллизации ниже, чем в основной массе раствора. В насьпценном растворе, когда кристалл не растет и не растворяется, отсутствует различие в концентрациях, а» следовательно, и в показателях преломления в основной массе раствора и в слое, примыкающем к кристаллу. чтобы часть очертаний предмета просматривалась через дворик кристаллизации. Искажения очертаний предметов или их линий при росте и растворении носят обратный характер, а в момент прохождения через точку насыщения искажения очертаний предмета отсутствуют. Для удобства наблюдения за контрастной линией в дворике кристаллизации применяется анаморфотная растягивающая оптическая система, позволяющая наблюдать малые искажения очертаний предмета при приближении к точке насыщения и, тем самым, точнее установить момент отсутствия искажений, соответствующий точке насьпцения раствора. В качестве простейшей анаморфотной оптической системы, дающей растянутое изображение, могут служить: цилиндрический сосуд кристаллизатора или (и) термостата, обычно применяемые в практике выращивания кристаллов и заполненные раствором и водой соответственно, накладные цилиндрические линзы, монтируемые на плоскопараллельные стенки кюветы, цилиндрический стакан и т.п. В качестве наблюдаемого предмета можно применять детали кристаллизатора, лист черной бумаги с ровным краем, черную нить, лезвие ножа и т.п. Для удобства наблюдения контрастная линия от предмета должна пересекать границу кристалл-раствор под углом 45 . При растворении кристалла угол, составляемый линией предмета и границей кристаллраствор, становится меньше 45 о (фиг. 1), где 1 — кристалл, 2 — контрастная линия от предмета, установленного за кристаллизатором, например, полоска фольги, 3 — наблюдаемое искажение изображения контрастной линии в дворике кристаллиэа ции, 4 — кристаллодержатель.

При росте кристалла (при температуре раствора ниже точки насыщейия) наблюдаемая контрастная линия от предмета искажается таким образом, что угол, составляемый наблюда емой контрастной линией и границей кристалл-раствор, становится более крутым (фиг. 2). В точке насьпцения раствора наблюдаемая. прямолинейная

> контрастная линия в дворике кристаллизации у границы кристалл-раствор искажения не претерпевает (фиг. 3).

Пример 1. Определение температуры насьпцения в термостатирован1096312 ном кристаллизаторе на примере нитрата бария (фиг. 4). Простейшей растягивающей оптической системой служит накладная цилиндрическая линза

5, установленная на иммерсионной $ жидкости (глицерин) или на клею на задней стенке кристаллизатора 6. Между линзой и стенкой кюветы располагается полоска фольги 2, наклоненная под углом 45 к горизонтальному ди- 1О аметру кристаллизатора. В кристалли- . затор, перегретый примерно на 5—

10 С выше предполагаемой точки насыщения, приготовленного раствора, опрецеленной предварительно по данным 1$ растворимости (при 55 С растворимость нитрата бария 18 rp в 100 мл воды), заливают раствор, нагретый примерно до этой же температуры, и устанавливают кристалл 1 шириной 1 — 2 мм и 20 длиной до 5 мм, укрепленный на кристаллодержателе 4 из стеклянной оттянутой нити с помощью тонкой хлорвиниловой трубочки или на клею. Кристалл устанавливают таким образом, 2$ чтобы он располагался на уровне среза фольги под углом, примерно, 45 о

Наблюдение для удобства ведут через лупу, которую либо укрепляют перед кюветой, либо приклеивают (или уста- 3б навливают на иммерсионной жидкости) на переднюю стенку кюветы 7). По мере понижения температуры раствора следят за характером искажения контрастной линии 3 у границы кристаллраствор (дворик кристаллизации) и фиксируют температуру, при которой искажение отсутствует. Эта температура и является температурой насыщения раствора. 40

Пример 2. Определение температуры насыщения в цилиндрическом стеклянном химическом стакане на примере раствора дидейдерофосфата калия.

В стакан наливают заведомо перегретый испытуемый раствор, в который подвешивают на нитке кристалл

ДКДР и помещают термометр таким образом, чтобы ртутный шарик его располагался рядом с кристаллом (на одном уровне с ним). За стаканом помещают горизонтально или слегка наf клонно лист черной бумаги, изббражейие края которого наблюдают на светлом фоне через стакан с раствором

$$ и границу кристалл-раствор. По мере понижения температуры устанавливают момент, когда искажение изображения среза листа, наблюдаемого через дворик кристаллизации, отсутствует, фиксируют эту температуру, которая н является температурой насыщения испытуемого раствора. При скорости охлаждения раствора 0,2 С/мин время определения температуры насьпцения составляет приблизительно 25 — 30 мин.

Пример 3. При постановке опыта па выращиванию кристалла пентабората калия, расположенного на кристаллодержателе на дне кристаллизатора, в кристаллиэатор„ нагретый до температуры, превышающей не 8-10 С предполагаемую температуру насьпцения о (порядка 55 С, растворимость соли

8 rp в 100 мл воды), заливают раствор, перегретый на 2-5 выше температуры кристаллизатора. Перегрев раствора необходим для изображения запаразичивания и легкого "оплавления" затравки. Для определения точного значения температуры насыщения раствора в качестве растягивающей оптической системы используют цилиндрические сосуды кристаллизатора и термостата, заполненные соответственно раствором и водой. За сосудом термостата устанавливают лист черной бумаги с ровным четким краем (или на сосуде термостата укрепляется черная нить) таким образом, чтобы ровный край листа (или нить), просматриваемый через кристаллизатор и термостат, выглядел расположенным за затравкой и пересекал границу кристалл-раствор не под прямым углом.

Необходимой подсветкой добиваются хорошо видимого изображения. Наблюдения ведут в статическом режиме.

Пока температура раствора превьппает точку насыщения, т.е. в процессе растворения затравки, устанавливают соответствующее искажение наблюдаемой контрастной линии при пересечении контура кристалла и продолжают наблюдение за характером искажения по ходу снижения температуры раствора. Температура, при которой искажение исчезает, является температурой насыщения раствора. Длительность определения зависит только от скорости снижения температуры, точность составляет 0,05 С. Так как определение температуры насьпцения раствора проводится в рабочем сосуде, то не посредственно после ее установления задается выбранное переохлажцение, и начинается процесс выращивания. 1096312

@02. 2

J ф

Щиг.

Составитель В. Голованов

Редактор Т. Митейко Техред Л.Коцюбияк Корректор М. Демчик

Заказ 3752/20 Тираж 352 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить процесс определения температуры насыщения раствора за счет проведения измерений без использования сложной раст- 5 ровой оптической системы, при этом сохраняется высокая точность и скорость определения температуры насыщения раствора.