MnF2(к, ж). Термодинамические свойства кристаллического и жидкого дифторида марганца в стандартном состоянии при температурах 100 – 4000 К приведены в табл. MnF2_c.
За стандартное состояние MnF2(к) в интервале 0 - 1203 К принята тетрагональная модификация (структурный тип рутила, TiO2). В работе Римаи и др. [80RIM/ITO] при 1039 ± 20 К термографическим методом был обнаружен фазовый переход (с небольшой энтальпией перехода), предположительно в ромбическую модификацию (структурный тип искаженного флюорита). Однако Федоров и др. [91ФЕД/САТ] доказали отсутствие полиморфизма у MnF2 при обычном давлении, а найденный в работе [80RIM/ITO] термический эффект объяснили кислородным загрязнением образца в результате его пирогидролиза.
При Т<298.15 К термодинамические функции MnF2(к) рассчитаны по измерениям теплоемкости, выполненным Бу и Стаутом [76BOO/STO] . Исследовался крупнокристаллический образец MnF2 (размеры кристаллов ~2 - 5 мм ), который согласно химическому и спектральному анализу содержал не более 0.2% примесей. В интервале 10 – 305 К было выполнено 190 измерений теплоемкости, в том числе 140 измерений в области магнитной аномалии 55-80 К. Точка Нееля (превращение антиферромагнетик – парамагнетик) определена равной 67.3 К. Это значение было подтверждено результатами, полученными различными методами в работах [65TEA] (67.3 К), [75SHA/YAC] (67.3 K), [81NOR/LUN] (67.27 K). Графическая экстраполяция теплоемкости к 0 К, проведенная в работе [76BOO/STO], привела к значению Sº (10 К = 0.15 Дж·К-1·моль-1. Точность измерений теплоемкости оценена авторами [76BOO/STO] в 1% при 20 К, 0.2 % между 40 и 200 К (кроме области аномалии теплоемкости) и 0.5% при 300 К. Погрешности принимаемых нами значений Sº(298.15 К) и Hº(298.15 К) - Hº(0) (см. табл.Mn.1) оцениваются в 0.5 Дж·К-1·моль-1 и 0.05 кДж·моль-1 соответственно. В этих расчетах не учитывались менее надежные данные [42STO/ADA], полученные для очень мелкокристаллического порошка MnF2 (размер кристаллов 10-5 – 10-6 мм) , а также данные работы [62CAT/PHI] (1 – 4.2 К), представленные только в виде мелкомасштабных графиков.
Единственными измерениями теплоемкости MnF2(к) при высоких температурах являются измерения, выполненные Элертом и Хсиа [72EHL/HSI] при 330 – 770 К методом ДСК на калориметре фирмы Перкин – Элмер. Погрешности измерений оценены авторами работы в 2%. Данные этой работы были пересчитаны на инкременты энтальпии Hº(Т) - Hº(298.15 К) и затем обработаны методом Шомейта с использованием значения Срº(298.15 К) из работы [76BOO/STO]. Полученное таким образом трехчленное уравнение для теплоемкости было использовано для расчета термодинамических функций MnF2(к) до температуры плавления (1203 К), поскольку значение теплоемкости при 1203К , рассчитанное по этому уравнению (89 Дж·К-1·моль-1), оказалось близким к экспериментальным значениям теплоемкости дифторидов некоторых других переходных металлов в точках плавления.
Температура плавления MnF2 1203 К принята по результатам измерений в двух работах: Гриффеля и Стаута [50GRI/STO] (1202.6 ± 0.5 К) и Федорова и др. [91ФЕД/САТ] (1203 ± 5 К) . Во второй работе приводится критика результатов ряда работ, в которых были получены более низкие значения – от 1130 К до1173 ± 20 К [80RIM/ITO] . По мнению Федорова [91ФЕД/САТ] эти результаты объясняются кислородным загрязнением исследованных образцов, вследствие образования метастабильной флюоритовой фазы MnF2, которая становится стабильной в присутствии примесей и которая плавится вблизи 1150 К.
Энтальпия плавления MnF2 29.3 кДж·моль-1 определена в единственной работе Римаи и др. [80RIM/ITO] методом количественной термографии. В настоящей работе принимается округленное значение 30 кДж·моль-1 , с учетом поправки на более высокое принимаемое значение точки плавления MnF2. Теплоемкость жидкого MnF2 (100 Дж·К-1·моль-1) оценена по соотношению Ср(MnF2, ж) = ~ 33n Дж·К-1·моль-1 . Ее погрешность в точке плавления оценивается в ± 10 Дж·К-1·моль-1 .
Погрешности вычисленных значений Ф°(Т) при 298.15, 1000, 2000, 3000 и 4000 К оцениваются в 0.5, 2, 10, 16 и 20 Дж·K–1·моль–1 соответственно. Значения термодинамических функций MnF2(к,ж), приведенные в справочниках [82PAN] и [95BAR], в области температур, близкой к точке плавления, отличаются от данных табл. MnF2_с до ~ 4 Дж·К-1·моль-1 в значениях S° , поскольку в этих справочниках принималась термодинамическая стабильность флюоритной модификации MnF2 (см. выше). Соответствующие расхождения данных табл. MnF2_с c расчетами [73BAR/KNA] (298 – 2000 К) достигают 6 Дж·К-1·моль-1 при 2000 К из-за различного выбора исходных термодинамических величин.
Значение энтальпии образования кристаллического дифторида марганца принимается равным
DfH°(MnF2, к, 298.15K) = ‑853 ± 3 кДж×моль‑1.
Результаты определений этой величины представлены в Таблице Mn.7. Принятое значение представляет собой среднее по хорошо согласующимся результатам работ [29JEL/KOO, 55РЫС/ВИТ, 71TAN/YAM, 73SKE/PAT, 74REZ/SIS] (результат -850 ± 8, соответствующий непрямым измерениям, не учтен). Результаты работы [72ГОЛ/МАС] с принятым значением не согласуются; причины несогласия не выявлены. Помимо представленных в таблице результатов в литературе также имеются результаты измерений константы равновесия реакции Mn(к)+2HF(г)=MnF2(к,ж)+H2(г), приводящие к значениям DfH°(MnF2), равным ‑802 [28JEL/RUD] и ‑774 кДж×моль‑1 [29JEL/KOO]. Эти измерения выполнены методом переноса и, по-видимому, методически неверны из-за трудностей измерения давления пара водорода (возможны искажения результатов за счет термодиффузии).
Принятому значению соответствует величина:
DfH°(MnF2, к, 0 K) = ‑852.147 ± 3 кДж×моль‑1.
Давление пара в реакции MnF2(к,ж) = MnF2(г) вычислено с использованием принятого значения:
DsH°(MnF2, к, 0) = 296 ± 16 кДж×моль‑1.
Значение основано на представленных в таблице Mn.8 результатах обработки данных по давлению пара над MnF2(к). Приведенные в таблице погрешности характеризуют воспроизводимость измерений; для III закона в погрешность включен температурный ход энтальпии. В случае масс-спектрометрических измерений погрешность включает также неточность использованных сечений ионизации (RTln(1.5)).
Неточность термодинамических функций приводит к добавочной погрешности в 4 ‑ 7 кДж×моль‑1 для температур 1000 ‑ 1300 K.
Таблица показывает, что имеющиеся измерения довольно плохо соответствуют друг другу. При выборе величины не учитывались методически неточные Лангмюровские измерения [63BAU/MAR], масс-спектрометрические измерения [64KEN/EHL], в которых данные [63BAU/MAR] были использованы для калибровки чувствительности аппаратуры и высокотемпературные измерения методом точек кипения [78БУР/ЛЯЛ] из-за больших погрешностей, связанных с неточностью термодинамических функций. Результаты масс-спектрометрических измерений работ [97НИК/РАК, 97НИК/РАК2] также не учитывались (результат [97НИК/РАК] основан на выполненных в этой работе эффузионных измерениях: 1 измерение при Т = 1126 К; в [97НИК/РАК2] способ калибровки чувствительности аппаратуры не описан).
Принятое значение представляет собой среднее из оставшихся четырех величин (работы [69HIT/KAN, 97НИК/РАК, 98РАУ/ЧИЛ]). Погрешность включает: ± 15 кДж×моль‑1 – степень согласия отобранных величин (уровень доверия 0.95) и ± 5 кДж×моль‑1 за счет неточности в использованных в вычислениях термодинамических функций.
Авторы
Бергман Г.А. bergman@yandex.ru
Гусаров А.В. a-gusarov@yandex.ru
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
8.12.08
Таблица Mn.1. Принятые значения термодинамических величин для марганца и его соединений в кристаллическом и жидком состояниях.
Cp°(T)=a+bT-cT -2.+dT2 +eT3 (в Дж×K-1×моль-1) MnCl2: а d×106 = 97.947 MnS: а d×106 = -83.867; e·109 = 29.417
|
Таблица Mn.7. К выбору энтальпии образования MnF2(к) (кДж×моль‑1, T = 298.15).
1) Комбинация уравнений Mn(к)+CrF2(к)=Cr(к)+MnF2(к) и Cr(к)+CoF2(к)=Co(к)+CrF2(к). |
Таблица Mn.8. К выбору энтальпии сублимации MnF2(к) (кДж×моль‑1, T = 0 K). Дата расчета: 20.11.2008
В графе "Метод" в скобках приведено число измерений за вычетом точек, исключенных по соображениям статистики (выходящих за пределы интервала 95%-ного уровня доверия).
|
[28JEL/RUD] | Jellinek K.,Rudat A. -"Uber die Fluortensionen von Metallfluoriden und die chemischen konstanten von Fluor und Fluorwasserstoff." Z. anorg. und allgem. Chem.,1928, 175,No.4,S.281-320 |
[29JEL/KOO] | Jellinek K.,Koop R. -"Uber heterogene Gleichgewichte von Metallhalogeniden mit Wasserstoff bzw. Chlorwasserstoff." Z. phys. Chem. (Leipzig).,1929,145,No.5,S.305-329 |
[42STO/ADA] | Stout J.W.,Adams K.E. -"Magnetism and the third law of thermodynamics. The heat capacity of manganous fluoride from 13 to 320 K." J. Amer. Chem. Soc.,1942,64,p.1535-1538 |
[50GRI/STO] | Griffel M.,Stout J.W. -"Preparation of single crystals of MnF2.The crystal structure from X-ray diffraction. The melting point and density." J. Amer. Chem. Soc.,1950,72,No. 10,p.43513-4353 |
[55РЫС/ВИТ] | Рысс И.Г.,Витухновская Б.С. -"О гидратации и растворимости фористого марганца." Ж. общ. химии,1955,25,No.4,с.643-647 |
[62CAT/PHI] | Catalano E.,Phillips N.E. -"The low-temperature heat capacities of antiferromagnetic MnF2 and CoF2." J. Phys. Soc. Japan (Suppl. B-1),1962,17,No3,p.527-529 |
[63BAU/MAR] | Bautista R. G.,Margrave J. L. -" A Langmuir measurement of the sublimation pressure of manganese(II) fluoride." J. Phys. Chem.,1963,63,No.7,p.1564-1565 |
[64KEN/EHL] | Kent R.A.,Ehlert T.C.,Margrave J.L. -"Mass-spectrometric studies at high temperatures. V. The sublimation pressure of manganese (II) fluoride and the dissociation energy of manganese (I) fluoride." J. Amer. Chem. Soc.,1964,86,No.23, p.5090-5093 |
[65TEA] | Teaney D.T. -"Specific heat singularity in MnF2." Phys. Rev. Lett.,1965,14,No.22,p.898-900 |
[69HIT/KAN] | Hitchingham W.C.,Kanaan A.S. -"Knudsen measurements of the vapor pressure of manganese (II) fluoride." High. Temp. Mater. Sci.,,1969,1,No.2,p.216-221 |
[71TAN/YAM] | Tanaka Hiroschi,Yamaguchi Akio,Moriama Joichiro -"Стандартные свободные энергии образования фторидов некоторых металлов, определенные методом электродвижущих сил." J. Japan Inst. Metals, 1971, 35, No.12,p.1161-1164 |
[72EHL/HSI] | Ehlert T.C.,Hsia M. -"Mass spectrometric and thermochemical studies of the manganese fluorides." J. Fluorine Chem., 1972, 2, No.1, p.33-51 |
[72ГОЛ/МАС] | Голутвин Ю.М.,Масленникова Е.Г.,Коршунов Б.Г. -"Теплоты образования и природа межатомных взаимодействий в системе Mn-Ge." Изв. АН СССР. Мет.,1972,No.5,с.117-122 |
[73BAR/KNA] | Barin I.,Knacke O. -'Thermochemical properties of inorganic substances.' , Berlin et al.: Springer-Verlag, 1973,p.1-921 |
[73SKE/PAT] | Skelton W.H.,Patterson J.W. -"Free energy determination by solid galvanic cells measurements for selected metal-fluoride reactions." J. Less-Common Metals,1973,31, No.1,p.47-60 |
[74REZ/SIS] | Rezukhina T.N.,Sisoeva T.F.,Holokhonova L.I.,Ippolitov E.G.-"The thermodynamic properties of some metal fluorides solid-elutrolyte galvanic-cell studies." J. Chem. Thermodyn., 1974, 6, No.9, p.883-893 |
[75SHA/YAC] | Shapira Y.,Yacovitch R.D.,Nelson D.R -"Magnetostriction and the two-spin correlation function in MnF2." Solid State Commun., 1975, 17, No.2, p.175-178 |
[76BOO/STO] | Boo W.O.J.,Stout J.W. -"Heat capacity and entropy of MnF2 from 10 to 300 K. Evaluation of the contributions associated with magnetic ordering." J. Chem. Phys.,1976,65, No.10,p.3929-3934 |
[78БУР/ЛЯЛ] | Бурылев Б.П.,Лялина Т.Б.Миронов В.Л. -"Взаимодействие расплавленной системы фторид марганца-хлорид марганца с кварцем."'5 Всесоюзный симпозиум по химии неорганических фторидов.', Днепропетровск,1978, с. 60 |
[80RIM/ITO] | Rimai D.S.,Ito J.,Jamieson J.C. -"High temperature polymorphism in rutile structure fluorides." Mater. Res. Bull.,1980,15,No.4,p.489-492 |
[81NOR/LUN] | Nordblad P.,Lundgren L.,Figueroa E.,Beckman O. -"Specific heat and magnetic susceptibility of MnF2 near Neel themperature." J. Magn. and Magn. Mater.,1981,23,p.333-341 |
[82PAN] | Pankratz L.B. -"Thermodynamic properties of elements and oxides."'Washington, U.S. Bur. Mines, Bull. 672.' ,1982,p. 1-509 |
[91ФЕД/САТ] | Федоров П.П.,Саттарова М.А.,Ольховая Л.А.,Mатков А.П.,Соболев Б.П.,Икрами Д.Д. -"К вопросу о полиморфизме дифторида марганца." Высокочистые вещества,1991,No.3,с. 191-195 |
[95BAR] | Barin I. -'Thermochemical Data of Pure Substances.', Duisburg: 3-d edition,1995,p.1-2518 |
[97НИК/РАК2] | Hикитин М.И.,Раков Э.Т.,Цирельников В.И.,Хаустов С.В. -"Определение энтальпий образования ди- и трифторида марганца." Ж. неорг. химии, 1997, 42,No.7,p.1154-1157 |
[97НИК/РАК] | Никитин М.И.,Раков Э.Г.,Цирельников В.И.,Хаустов С.В. -"Определение энтальпии образования газообразного тетрафторида марганца." Журн.неорг.химии,1997,42,No.8,с. 1354-1358 |
[98РАУ/ЧИЛ] | Рау Д.В.,Чилингаров H.С.,Лескив М.С.,Никитин А.В.,Сидоров Л.H.,Петров С.В.,Суховерхов В.Ф.,Орехов Ю.Ф. -"Давление насыщенного пара и энтальпия сублимации ди- и трифторида марганца." Ж. физ. химии,1998,72,No.3,с.425-429 |