Термодинамические свойства водных растворов сульфата лантана

В лаборатории моделирования гидрогеохимических и гидротермальных процессов Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) проведён анализ литературных данных о термодинамических свойствах водных растворов сульфата лантана при температуре 298?15 К и давлении 1 атм.

Лантан принадлежит к семейству редкоземельных металлов и является стратегическим минеральным сырьём: применяется для производства сплавов, как восстановитель в производстве редкоземельных металлов, а также для изготовления оптического стекла. Термодинамические данные необходимы для разработки и оптимизации процессов извлечения лантана и других редкоземельных элементов. Результаты опубликованы в журнале «The Journal of Chemical Thermodynamics» (Plyasunov, 2023).

Как известно, термодинамические свойства (коэффициенты активности и энтальпии (т.е. теплоты) разбавления) разбавленных водных растворов успешно описываются теорией Дебая-Хюккеля, которой исполняется 100 лет в 2023 году: так, для 1-1 электролитов (например, хлорид натрия), согласие эксперимента и теории (в форме предельного закона) достигается при концентрации соли 0,01 моль на 1 кг воды и менее, для 2-2 электролитов (например, сульфат магния) — при концентрации соли 0,001 моль на 1 кг воды и менее. Однако для растворов 3-2 электролита сульфата лантана теория не воспроизводит экспериментальные данные даже при весьма низких концентрациях 10^-5 моль на 1 кг воды. Показано, что согласовать экспериментальные и расчётные величины коэффициентов активности и энтальпий разбавления водных растворов сульфата лантана можно только при явном учёте образования комплексных частиц, а именно первого и второго сульфатного комплексов лантана. Существование указанных комплексных частиц в растворах доказано в многочисленных независимых исследованиях. Количественное согласие с экспериментом достигается при следующих значениях десятичных логарифмов констант устойчивости (3,65 ± 0,05 и 5,63 ± 0,20) и изменений энтальпий (17,6 ± 1,0 кДж/моль и 28,1 ± 4,0 кДж/моль) для реакций образования первого и второго сульфатного комплексов лантана, соответственно. Согласие с литературными значениями весьма хорошее для первого комплекса и удовлетворительное для второго комплекса. На основе полученных данных рассчитаны произведение активностей (растворимости) и стандартная энтальпия растворения нонагидрата сульфата лантана при температуре 298,15 К и давлении 1 атм.

Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: пресс-служба ГЕОХИ РАН.