Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА СИСТЕМЫ TL-TE-I В ОБЛАСТИ СОСТАВОВ TLI-TL2TEI6- I

Бабанлы Д.М. 1 Имамалиева С.З. 1 Гаджиева К.И. 1 Тагиев Д.Б. 1
1 Институт Катализа и Неорганической химии им. М. Нагиева НАН Азербайджана
В работе представлены результаты исследования фазовых равновесий в системе Tl-Te-I в области составов TlI-Tl2TeI6-I методами дифференциально-термического и рентгенофазового анализов. Построены некоторые политермические разрезы фазовой диаграммы и проекция поверхности ликвидуса. На поверхности ликвидуса разграничены поля первичной кристаллизации 5 фаз (TlI, Tl2I3, TlI3, Tl2TeI6 и I2). В системе выявлен ряд нон- и моновариантных перитектических, переходных и эвтектических равновесий, определены координаты соответствующих точек и кривых на фазовой диаграмме. Установлено, что в субсолидусе система состоит из трех трехфазных полей: TlI + Tl2I3 + Tl2TeI6, Tl2I3 + TlI3 + Tl2TeI6 и TlI3 + I2 + Tl2TeI6.
система Tl-Te-I
иодиды таллия
теллуроиодиды таллия
фазовая диаграмма
поверхность ликвидуса
политермический разрез
1. Бабанлы Д.М., Алиев А.Ш., Тагиев Д.Б.. Физико-химическое взаимодействие иодидов таллия с селеном. // Азерб. хим. журнал, 2015. – № 2. – С. 47–52.
2. Бабанлы Д.М., Алиев З.С., Джафарли Ф.Я., Бабанлы М.Б. Фазовые равновесия в системе Tl-TlCl-Te и термодинамические свойства соединения Tl5Te2Cl. // Ж. Неорган. химии, 2011. – т. 56, № 3. – С. 483–489.
3. Бабанлы Д.М., Бабанлы М.Б.. Фазовые равновесия в системе Tl-TlBr-Te и термодинамические свойства соединения Tl5Te2Br. // Ж. Неорган. химии, 2010. – т. 55, № 10. – С. 1715–1724.
4. Бабанлы Д.М., Наджафова А.А., Чирагов М.И., Бабанлы М.Б. Новые теллурогалогениды таллия. // Химические Проблемы, 2005. – № 2. – С. 149–151.
5. Зубака О.В., Сидей В.И., Переш Е.Ю., Барчий М.Е. и др. Области гомогенности, получение и свойства монокристаллов соединений Me2TeI6 (Me-Rb, Cs, Tl). // Неорган. Матер., 2002. – т. 38, № 8. – С. 1020–1024.
6. Переш Е.Ю., Лазарев В.Б., Корнийчук О.И., Цигика В.В. и др. Фазовые равновесия в системах Tl2S(Se,Te)-TlI и TlSe-TlCl(Br,I). // Неорган. Матер., 1993. – т. 29, № 3. – С. 410–413.
7. Физико-химические свойства полупроводниковых веществ. Справочник. Под. ред. Новоселовой А.В. и Лазарева В.Б. – М.: Наука, 1976. – 339 с.
8. Babanly D.M., Babanly I.M., Imamalieva S.Z., Gasimov V.A., Shevelkov A.V. Phase equilibria in the Tl-TlI-Te system and thermodynamic properties of the Tl5Te3-xIx solid solutions. // J. Alloy. Compd., 2014, v. 590, p. 68–74.
9. Binary alloy phase diagrams, Ed. Massalski T.B., second edition. ASM International, Materials Park, Ohio. 2 (1990) 3589 p.
10. Sandy L., Malliakas C.D., Peters J.A., Liu Z. et.al. Photoconductivity in Tl6SI4: A Novel Semiconductor for Hard Radiation Detection // Chem. Mater, 2013. v.25 (14), pp. 2868–2877.

Халькогалогениды тяжелых р-элементов, в частности таллия, и фазы на их основе представляют интерес для разработки функциональных материалов различного назначения [7,10]. Разработка и оптимизация процессов получения и очистки многокомпонентных неорганических материалов базируется на данных по фазовым равновесиям в соответствующих системах. В работах [2-4] одним из авторов изучены фазовые равновесия в системах Tl-Te-Cl(Br) в которых выявлены тройные соединения Tl5Te2Сl(Br).

Фазовые равновесия в тройной системе Tl-Te-I изучена в ряде работ [5, 6, 8]. В [6] построена фазовая диаграмма квазибинарного разреза TlI–Tl2Te и показано, что она характеризуется образованием соединения Tl5Te2I с инконруэнтным плавлением по синтектической реакции при 775К.

В [5] установлено, что на разрезе TlI-TeI4 образуется соединение состава Tl2TeI6, плавящееся конгруэнтно при 700К и кристаллизующееся в моноклинную структуру (Пр.гр.P21/c) с параметрами решетки a = 7.765; b = 8.174; c = 13.756Å, β = 124.20 [5].

В работе [8] нами представлена, полная картина равновесий в подсистеме Tl–TlI-Te, включающая проекцию поверхности ликвидуса, некоторые политермические разрезы и изотермическое сечение при 300К фазовой диаграммы.

Существование конгруэнтно плавящегося тройного соединения Tl2TeI6 позволяет триангулировать область составов TlI-Te-I системы Tl-Te-I на следующие самостоятельные подсистемы: TlI–Tl2TeI6–Te, TlI–Tl2TeI6–I, Tl2TeI6–TeI4–Te и Tl2TeI6–TeI4– I.

В данной работе приводятся результаты по фазовым равновесиям в подсистеме TlI–Tl2TeI6–I (А).

Материалы и методы исследования

Иодиды таллия TlI, Tl2I3, TlI3 и тройное соединение Tl2TeI6 синтезированы прямым взаимодействием элементарных компонентов высокой степени чистоты (Tl, 99,999 масс. % Alfa Aesar; Te, 99,999 масс. % Alfa Aesar; сублимированный йод, 99,9 масс. %, PA-ACS) в вакуумированных (~10-2 Па) кварцевых ампулах.

Методики синтеза соединений TlI, Tl2I3 и TlI3 детально описаны в наших предыдущих работах [1, 8].

Тройное соединение Tl2TeI6 было синтезировано сплавлением соответствующих количеств элементарных компонентов в вакуумированной кварцевой ампуле в двухзонной наклонной печи. Температура нижней «горячей» зоны составляла ~ 750К, а верхней «холодной» ~380К. Результаты ДТА синтезированного Tl2TeI6 показали, что оно плавится при 645К, что значительно ниже, чем данные [5] (700К). Однако рентгенограмма и рассчитанные из него параметры кристаллической решетки Tl2TeI6 хорошо согласуются с приведенными в [5].

Для изучения фазовых равновесий в подсистеме TlI-Tl2TeI6-I приготовили равновесные сплавы по разрезам Tl2TeI6-I, Tl2TeI6-TlI, Tl2I3-Tl2TeI6 и TlI3 -Tl2TeI6, а также ряд образцов вне их. Сплавы готовили сплавлением предварительно синтезированных соединений и элементарного иода в вакуумированных кварцевых ампулах с последующим ступенчатым отжигом при 500К (100 ч.), 380К (100 ч.) и медленным охлаждением. Масса каждого образца составляла 0,5 г.

Исследования проводили методами ДТА (пирометр Termoskan-2, хромель-алюмелевые термопары) и РФА (диффрактометр D8 ADVANCE, CuKα -излучение).

Результаты исследования и их обсуждение

Граничные квазибинарные системы.

Нами установлено, что обе боковые составляющие системы (А) квазибинарны и относятся к эвтектическому типу (рис. 1, а, б). Эвтектические точки имеют следующие координаты: ~67 мол % Tl2TeI6, 610К (е1) и ~3 мол % Tl2TeI6, 385К (е3).

bab1a.tif bab1b.tif

Рис. 1. Фазовые диаграммы системы Tl2TeI6-4.5TlI (а) и Tl2TeI6-9I (б) тройной системы TlI-Tl2TeI6-I

При построении поверхности ликвидуса системы TlI-Tl2TeI6-I помимо собственных экспериментальных данных по вышеуказанным боковым системам и ряду внутренних сечений была использовано фазовая диаграмма бинарной системы Tl-I [9].

Поверхность ликвидуса системы TlI-Tl2TeI6-I (рис. 2) состоит из пяти полей, отвечающих первичной кристаллизации (TlI)II (индекс II указывает на высокотемпературную модификацию), Tl2TeI6, Tl2I3, TlI3 и I2.

Эти поверхности разграничены рядом кривых с трехфазными эвтектическими и перитектическими равновесиями, а также точками U1, U2 и E с четырехфазными нонвариантными равновесиями (рис. 2).

Типы и температуры всех нонвариантных равновесий включая боковые системы приведены в табл.1, а типы и температурные интервалы моновариантных равновесий в табл.2.

Процессы равновесной кристаллизации расплавов в данной системе наглядно демонстрируют представленные на рис. 3–5 политермические разрезы фазовой диаграммы.

Рассмотрим их в контексте с проекцией поверхности ликвидуса.

Разрез Tl2I3-Tl2TeI6 (рис. 3, a) ниже солидуса стабильный, т.е. сплавы состоят из двухфазных смесей исходных соединений, что подтверждено рентгенографическим методом. Однако, этот разрез неквазибинарный, так как соединение Tl2I3 плавится с разложением по перитектической реакции (рис.3a, точка Р1), вследствие чего в широкой области составов из расплава первично кристаллизуется фаза (TlI)II, не находящаяся по составу на данном разрезе.

bab3a.tif bab3b.tif

а) б)

Рис. 3. Политермические разрезы Tl2I3-Tl2TeI6 (а) и TlI3-Tl2TeI6 (б)

После первичной кристаллизации фаз происходит совместная кристаллизация TlI и Tl2TeI6 по моновариантной эвтектической схеме (горизонталь при 600К и кривая KU1). В результате этого на Т-х диаграмме формируется трехфазная область L + (TlI)II + Tl2TeI6. Горизонталь при 525К отвечает переходной реакции U1 (рис. 2, табл. 1). Поскольку образцы по суммарному составу находятся на разрезе Tl2I3-Tl2TeI6, то в данной реакции обе исходные фазы одновременно расходуются полностью и система переходит в двухфазное состояние Tl2I3 + Tl2TeI6.

bab2.tif

Рис. 2. Поверхность ликвидуса системы TlI-Tl2TeI6-I. Поля первичной кристаллизации: 1-TlI, 2-Tl2TeI6, 3-Tl2I3, 4-TlI3, 5-I2

Таблица 1

Нонвариантные равновесия в системе TlI – Tl2TeI6 – I

Точка на рис. 2

Равновесие

Tемпература, K

e1

L↔ (TlI)II + Tl2TeI6

630

e2

L↔TlI3 + I2

363

e3

L↔ Tl2TeI6 + I2

383

E

L↔TlI3 + Tl2TeI6 + I2

360

P1

L + (TlI)II ↔ Tl2I3

533

P2

L + Tl2I3 ↔ TlI3

401

U1

L + (TlI)II ↔ Tl2I3 + Tl2TeI6

525

U2

L + Tl2I3 ↔ TlI3 + Tl2TeI6

390

Таблица 2

Моновариантные равновесия в системе TlI – Tl2TeI6 – I

Кривая на рис. 2

Равновесие

Tемпература, K

e1U1

L↔ (TlI)II + Tl2TeI6

630-252

P1U1

L + (TlI)II↔ Tl3I4

533-525

U1U2

L↔ Tl3I4 + Tl2TeI6

525-390

P2U2

L + Tl3I4↔ TlI3

401-390

U2E

L ↔ TlI3 + Tl2TeI6

390-360

e2E

L↔ TlI3 + I2

363-360

e2E

L↔ Tl2TeI6 + I2

383-360

Разрез TlI3-Tl2TeI6 (рис. 3, б) также неквазибинарный, но стабильный ниже солидуса. Ликвидус состоит из двух ветвей, отвечающих первичной кристаллизации Tl2TeI6 (0-70 мол % TlI3) и (TlI)II (70-100 мол % TlI3). Ниже ликвидуса происходит кристаллизация двухфазных смесей (TlI)II + Tl2TeI6 (0-85 мол % TlI3) и Tl2I3 + Tl2TeI6 (85-100 мол % TlI3), чему на рис. 2 отвечают кривые р1U1 и e1U1 (см. также табл. 2). Затем кристаллизация продолжается по нонвариантной переходной реакции U1 и моновариантной переходной перитектической (р2U2) и эвтектической (U1,U2) схемам и завершается при 390К по нонвариантной переходной реакции U2 (см. рис. 2, табл. 1, 2).

Разрез [A]-I2 (рис. 4). Здесь в качестве одного из «компонентов» взята двухфазная смесь TlI + Tl2TeI6 состава [A] (см. рис. 2). Этот разрез интересен тем, что ниже солидуса пересекает все трехфазные области (TlII + Tl2I3 + Tl2TeI6, Tl2I3 + TlI3 + Tl2TeI6, TlI3 + Tl2TeI6 + I2) и отражает практически все нон- и моновариантные равновесия, наблюдающиеся в системе TlI-Tl2TeI6-I2.

bab4.tif

Рис. 4. Политермический разрез [A]-I2

Ликвидус состоит из трех кривых, отвечающих (слева направо) первичной кристаллизации (TlI)II, Tl2TeI6 и I2. На данном разрезе четко отражаются нонвариантные переходные (U1,U2) и эвтектическое (Е) равновесия, а также связанные с ними кривые моновариантных равновесий e1U1, U1U2, U2Е и e3Е что находится в полном соответствии с Т-х-у диаграммой (рис. 2).

Заключение

Методами ДТА и РФА исследованы фазовые равновесия в системе TlI-Tl2TeI6-I. Построена фазовая диаграмма системы и определены типы и координаты нон- и моновариантных равновесий. Установлено, что поверхность ликвидуса состоит из пяти полей, отвечающих первичной кристаллизации элементарного иода, Tl2TeI6, Tl2I3, TlI3 и высокотемпературной модификации TlI.


Библиографическая ссылка

Бабанлы Д.М., Имамалиева С.З., Гаджиева К.И., Тагиев Д.Б. ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА СИСТЕМЫ TL-TE-I В ОБЛАСТИ СОСТАВОВ TLI-TL2TEI6- I // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 4-5. – С. 894-897;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=9098 (дата обращения: 24.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074