Способ определения температуры насыщения раствора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 12 09) (И) 11 С 30 В 7/00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(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 насы" щения прозрачных растворов. - Сб. "Рост кристаллов", т. 1, М., 1957 (прототип).(54)(5) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАСЫЩЕНИЯ РАСТВОРА, включающийнаблюдение в прозрачной емкости сраствором различия показателей преломления в дворике кристаллизацииоколо кристалла и общей массе раствора с визуальньйи фиксированием момента установления равенства показателей преломления, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса определения, момент установления равенства показателей преломления фиксируют по исчезновениюискажений в дворике кристаллициэацииконтрастной линии от предмета, установленного за прозрачной емкостьютак, чтобы линия пересекала границураздела кристалл-раствор., кристаллов иэ растворов,Известен способ определения температуры насыщения растворов путемнаблюдения за концентрационными потоками, при определении температурынасыщения которым в заведомо перегретый раствор опускают на каком-либоподвесе кристалл и, подбирая освещение таким образом, чтобы были видны 10концентрированные потоки, стекающиевниз с растворяющегося кристалла, ведут за ними наблюдение, постепенноснижая температуру раствора. Припрохождении температуры насьпцения 15наблюдают момент исчезновения концентрационных потоков, а при дальнейшем понижении температуры раствора устанавливают смену направлениядвижения потоков, которые при росте 20кристалла направлены вверх1.Однако наблюдение за концентрационными потоками требует определенного навыка. Кроме того, потоки приприближении к температуре насьпцения 25становятся неразличными, что в рядеслучаев делает затруднительным определение точки насьпцения раствора стребуемой точностью.Определенные данным методом зна- щчения температуры завышены на 0,51 С, особенно при скоростях охлаждения раствора более 2 - 3 С в 1 ч илипри значительной вязкости раствора.Известен способ определения температуры насьпцения раствора путем наблюдения за процессами роста-растворения кристаллов в термостатированнойкювете под микроскопом на микроустаковке. Для определения точки насыщения наблюдают за процессами ростарастворения кристалла, помещенного враствор, который залит в термостатированную кювету. Пока температура вкювете выше точки насьпцения раствора 45процессы растворения фиксируются поисчезновению острых ребер и вершинкристалла и по закруглению его очертаний, При понижении температуры ипереходе к росту кристалла наблюда 50ют появление плоских участков граней,образование на кристалле ребер и вершин. Непосредственно точку насьпценияраствора не устанавливают. Сначалаустанавливают какую-либо "вилку" в1,5 - 2 , которую затем сужают доо 55требуемого значения +0,1 С более тщаотельными определениями при меньшихскоростях снижения температуры21. Однако определение точки насьпцения данным способом требует весьма значительных затрат времени, и результаты обычно занижены на несколькодесятых 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 33.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, чтосоответствует прохождению через температуру насьпцения раствора, Фиксация точки насьпцения этим способом также затрудняется замедлением процессов роста-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 точность 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.40 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. Предмет располагается таким образом,Целью изобретения является упрощение способа определения температуры насыщения раствора.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения температуры насыщения раствора путем наблюдения 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, момент установления равенства показателей преломления фиксируют по исчезновению искажений 15 в дворике кристаллизации контрастной линии от предмета, установленного за прозрачной емкостью так, чтобы линия пересекала границу раздела кристалл- раствор. 20На фиг. 1 изображен характер искажений контрастной линии при растворении кристалла, на фиг. 2 - характер искажений контрастной линии при росте кристалла, на фиг. 3 - от сутствие искажений контрастной линии в дворике кристаллизации при температуре насыщения раствора, на фиг.4 - схема устройства для определениятемпературы насыщения раствора. 30При растворении кристалла, т.е. при температурах выше точки насыщЕения раствора (при концентрациях ниже концентрации насыщения), раствор 1 в 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 насыщения (при концентрациях вьппе концентрации насыщЕния, 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 наблюде" ния 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 насыщения 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 кристалл- раствор, 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 границейкристалл-раствор, становится более крутым (фиг. 2), В точке насыщения раствора наблюдаемая. прямолинейная контрастная линия в дворике кристаллизации у границы кристалл-раствор искажения не претерпевает (фиг. 3).П р и м е р 1. Определение температуры насыщения в термостатирован 109 б 312ном кристаллизаторе на примере нитрата бария (фиг, 4). Простейшей растягивающей оптической системой служит накладная цилиндрическая линза 5, установленная на иммерсионной 5 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 О аметру кристаллизатора. В кристаллизатор, перегретый примерно на 5 - 10 С выше предполагаемой точки насыщения, приготовленного раствора, опрецеленной предварительно по данным 15 растворимости (при 55 С растворимость нитрата бария 18 гр 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, 25 чтобы он располагался на уровне среза фольги под углом, примерно, 45о Наблюдение для удобства ведут через лупу, которую либо укрепляют перед кюветой, либо приклеивают (или уста- Зо навливают на иммерсионной жидкости) на переднюю стенку кюветы 7). По мере понижения температуры раствора следят за характером искажения контрастной линии 3 у границы кристалл- раствор (дворик кристаллизации) и фиксируют температуру, при которой искажение отсутствует. Эта температура и является температурой насыщения раствора. 40П р и м е р 2, Определение температуры насьпцения 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 наклонно лист черной бумаги, изббражейие края которого наблюдают на светлом фоне через стакан с раствором55 и границу кристалл-раствор. По мере понижения температуры устанавливают момент, когда искажение изображения среза листа, наблюдаемого через дворик кристаллизации, отсутствует,фиксируют эту температуру, которая нявляется температурой насыщения испытуемого раствора. При скорости охлаждения раствора 0,2 С/мин времяопределения температуры насьпцениясоставляет приблизительно 25 - 30 мин.П р и м е р 3. При постановке опыта па выращиванию кристалла пентабората калия, расположенного на кристаллодержателе на дне кристаллизатора, в кристаллиэатор нагретый дотемпературы, превышающей не 8-10 Спредполагаемую температуру насьпценияо(порядка 55 С, растворимость соли8 гр в 100 мл воды), заливают раствор, перегретый на 2-5 вьппе температуры кристаллизатора. Перегрев раствора необходим для изображениязапаразичивания и легкогооплавления" затравки. Для определения точного значения температуры насыщенияраствора в качестве растягивающей оптической системы используют цилиндрические сосуды кристаллизатора и термостата, заполненные соответственнораствором и водой. За сосудом термостата устанавливают лист черной бумаги с ровным четким краем (или насосуде термостата укрепляется черная нить) таким образом, чтобы ровный край листа (или нить), просматриваемый через кристаллизатор и термостат, выглядел расположенным зазатравкой и пересекал границу кристалл-раствор не под прямым углом.Необходимой подсветкой добиваютсяхорошо видимого изображения. Наблюдения ведут в статическом режиме.Пока температура раствора превьппаетточку насьпцения, т.е. в процессерастворения затравки, устанавливаютсоответствующее искажение наблюдаемой контрастной линии при пересечении контура кристалла и продолжаютнаблюдение за характером искаженияпо ходу снижения температуры раствора. Температура, при которой искажение исчезает, является температурой насыщения раствора. Длительностьопределения зависит только от скорости снижения температуры, точностьсоставляет 0,05 С. Так как определение температуры насьпцения растворапроводится в рабочем сосуде, то непосредственно после ее установлениязадается выбранное переохлаящение,и начинается процесс выращивания,1096312 ровой оптической системы, приэтом сохраняется высокая точность и скорость определениятемпературы насыщения раствора. г ЮФи, 2 и Составитель В. Головановактор Т. Митейко Техред Л.Коцюбияк Корректор М. Демчик аказ 3752/20ВНИ 52ственного коретений и от-35, Раушска ТиражГасу по113035 ам из 4/5 осква ППП "Патент", г. ужгород, ул Фил ктная Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить процесс определения температуры насыщения раствора за счет проведения измерений без использования сложной раст Подпистета СССРытийнаб., д