Фазовая диаграмма системы Na–Na2O

Abstract

Фазовые равновесия в системе Na–O представляют интерес в связи с тем, что металлический натрий широко используется в ядерных реакторах в качестве теплоносителя. Целью работы стало термодинамическое моделирование системы Na–O в области Na–Na2O и построение фазовой диаграммы этой системы. В ходе работы проанализированы имеющиеся экспериментальные данные о растворимости кислорода в жидком натрии. Используя литературные данные, в ходе нашей работы осуществлено моделирование фазовых равновесий и расчёт координат фазовой диаграммы области Na–Na2O. В процессе проведённой работы для расчётов использованы возможности программного комплекса FactSage. Использованы данные базы SGPS (SGTE pure substances database) о стандартных энтальпиях образования, стандартных энтропиях и параметрах фазовых переходов, а также температурных зависимостях молярных теплоёмкостей для твёрдых и жидких веществ, образующих систему твёрдого и жидкого Na, кристаллических модификаций Na2O и его расплава. Моделирование расплава Na–Na2O выполнено посредством двухподрешёточной модели ионной жидкости. Параметр взаимодействия для этой модели, температурная и концентрационная зависимость которого выражена посредством полинома Редлиха – Кистера, определён в ходе работы. Согласно результатам моделирования система Na–O в области Na–Na2O характеризуется наличием области расслаивания на две жидких фазы. Координаты критической точки: температура 2457 К, содержание кислорода ~ 26 ат. %. Крайняя левая точка кривой расслаивания на две жидкие фазы характеризуется следующими координатами: температура 1405 К, содержание кислорода ~ 4,8 ат. %. Phase equilibria in the Na–O system are interesting because metallic sodium is widely used as a coolant in nuclear reactors. The aim of this work was the thermodynamic modeling of the Na–O system in the Na–Na2O region, as well as the calculation of the phase diagram of this system. In the course of the study, the available experimental data on the solubility of oxygen in liquid sodium are analyzed. Using literature data, in the course of the study, the phase equilibria were simulated and the coordinates of the phase diagram of the Na–Na2O region were calculated. In the process of the study, the “FactSage” software was used for calculations. The data of the SGPS (SGTE pure substances database) base are used, such as standard enthalpies of formation, standard entropies, and phase transition parameters, as well as temperature dependences of molar heat capacities for solid and liquid substances forming the system (solid and liquid Na; crystalline modifications of Na2O and its melt). Modeling of the Na–Na2O melt is performed by means of the two-sublattice model of ionic liquid. The interaction parameters for this model are determined in the process of the work. Temperature and concentration dependences are expressed by means of the Redlich-Kister polynomial.