Шілде–тамыз–қыркүйек 30 қыркүйек 2014 ж. 1996 жылдан бастап шығады Жылына 4 рет шығады



Pdf көрінісі
бет4/11
Дата31.03.2017
өлшемі4,74 Mb.
#10940
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

5

O

12

 (M

II

 — Mg, Ca, Sr) 

New ferrites LaM

II

3

Fe



5

O

12



 (M

II

 — Mg, Ca, Sr) were obtained by high-temperature synthesis on ceramic tech-



nology. By powder X-ray diffraction established that compounds crystallize in the tetragonal singonia, the pa-

rameters of its crystal lattices are determined. The heat capacity of ferrites has been defined by dynamic calo-

rimetric method at 298.15–673 K and detected the presence of phase transitions of type II. The equations de-

scribing the dependence in the range 298.15–673 K are derived taking into account the phase transitions. 



Key words: heat capacity, temperature dependence of the heat capacity, phase transitions, ferrites, perovskite. 

 

Introduction 

Oxides of variable valence metals with the perovskite structure are a class of materials that exhibit a 

number of interesting and important effects for practical applications: metal-insulator transitions, magnetic 

ordering of different nature (ferromagnetism and antiferromagnetism), superconductivity. Therefore, they are 

of interest among scientists around the world, carrying out the theoretical researches aimed to understanding 

the nature of these physical effects, and applied studies in the field of technology of perovskite oxides. It is 

possible to create variety of devices based on them due to the electronic properties of oxides. This direction 

of study has been called oxide electronics [1]. 

The aim of this work is calorimetric study of ferrites’ heat capacity LaM

II

3

Fe



5

O

12



 (M

II

 — Mg, Ca, Sr) in 



the range of temperature 298.15–673 K. New ferrites synthesized by solid-phase reaction at high temperature 

at presence of oxides La

2

O

3



, Fe

2

O



3

, magnesium carbonate, calcium and strontium. 

There were established by the method of radiography that ferrites crystallize in the dimetric system with 

the next lattice parameters: LaMg

II

3

Fe



5

O

12



;  = 11,105 Å;  с = 17,1 Å;  V

= 2109,3 Å



3

; 263,66 Å

3

; 8;  


roentgen 

= 4,3 g/cm

3



picn


 = 4,45 ± 0,09 g/cm

3

, LaCa



II

3

Fe



5

O

12



;  = 11,005 Å;  с = 16,91 Å;  2047,89 Å

3



255,99 Å

3

; 8; 



roentgen 

= 4,74 g/cm

3



picn 


= 4,82 ± 0,04 g/cm

3

, LaSr



II

3

Fe



5

O

12



;  = 11,1 Å;  с = 16,98 Å; 

2076,57 Å

3

; 259,57 Å



3

; 8; 


roentgen 

= 5,58 g/cm

3



picn 


= 5,61 ± 0,07 g/cm

3



Experimental part 

Isobaric heat capacity of ferrites was investigated in the temperature range 298.15–673 K on ITS-400 

calorimeter. Duration of the measurements over the all temperature range with the processing of the experi-

mental data was not more than 2.5 hours. Maximum permissible error of the instrument on passport data was 

±10.0 %. Calibration of the device was carried out by determining the thermal conductivity of К

Т

 heat meter 

[2, 3]. Several experiments carried out with a copper pattern and an empty ampoule for this purpose. Lag 

time to achieve the desired temperature was recorded using microvoltampermeter F136 and digital stopwatch 

with a step of 25 K. The heat capacities of samples were also measured at 25 K. At each temperature five 

parallel experiments were carried out, the results were averaged due to method [4], then were calculated ran-

dom components of error (Δ) for C

p(sp)


 (specific) and С

p



 (mol) of the specific heats values. 

By method of powder radiography there were established that compounds crystallize in the dimetric 

system, the parameters of their crystal lattices are determined. By method of dynamic calorimeter at 298.15–

673 K the heat capacity of ferrites has been defined, wherein the presence of phase transitions of type II re-

vealed. The equations describing the dependence at 298.15–673 K temperature were derived taking into ac-

count the phase transitions. There are results of the calorimetric studies in Table 1 below. 

 

 


E.S.Musstafin, R.Z.Kasenov et al. 

22 


Вестник Карагандинского университета 

T a b l e   1  



The experimental values of the heat capacity of compounds LaM

II

3

Fe

5

O

12

 (M

II

 — Mg, Ca, Sr) 

T

, K 


C

  



C

p



 

  


T

, K 


C

p

  



C

p



 

  


LaMg

3

Fe



5

O

12



 

298  0,73±0,01 495,69±4,88  498  0,60±0,03 411,09±21,60 

323  0,94±0,06 645,37±38,26  523  0,58±0,04 396,44±25,64 

348  0,87±0,05 594,43±36,85  548  0,51±0,03 350,16±17,72 

373  0,79±0,05 539,65±34,37  573  0,42±0,02 288,60±14,71 

398  0,69±0,14 471,78±96,09  598  0,35±0,02 242,05±14,09 

423  0,61±0,04 419,21±24,19  623  0,34±0,03 234,12±17,80 

448  0,54±0,03 368,02±21,88  648  0,35±0,02 240,96±14,51 

473  0,55±0,03 376,73±20,75  673  0,40±0,03 271,60±17,38 

LaCa


3

Fe

5



O

12

 



298  0,39±0,30 285,62±218,95 498  0,56±0,06 407,69±45,08 

323  0,87±0,05 636,52±34,21  523  0,60±0,04 439,24±30,84 

348  0,82±0,13 596,31±94,01  548  0,70±0,05 510,10±38,83 

373  0,73±0,30 534,79±220,48 573  0,53±0,05 387,46±34,97 

398  0,66±0,03 479,87±21,46  598  0,37±0,03 270,55±21,97 

423  0,57±0,03 416,94±25,18  623  0,28±0,05 207,94±35,37 

448  0,53±0,65 385,18±473,80 648  0,24±0,30 178,86±220,92 

473  0,49±0,04 359,00±30,53  673  0,22±0,02 158,54±12,55 

LaSr

3

Fe



5

O

12



 

298  0,70±0,00 610,86±3,04  498  0,51±0,02 444,51±17,17 

323  0,88±0,05 769,09±47,92  523  0,47±0,02 409,61±18,10 

348  0,83±0,05 724,18±45,57  548  0,42±0,12 370,43±103,96 

373  0,70±0,04 613,67±31,84  573  0,38±0,02 330,44±13,55 

398  0,61±0,03 535,80±22,22  598  0,35±0,02 304,52±13,18 

423  0,55±0,04 480,56±33,48  623  0,35±0,02 304,89±17,56 

448  0,49±0,03 426,17±25,00  648  0,37±0,16 322,95±143,05 

473  0,43±0,03 375,97±24,30  673  0,40±0,18 350,93±159,62 

 

Results and discussion 

The equation of temperatures dependence of the heat capacity is derived (Table 2). The dependence 

heat capacity on temperature is depicted taking into account the experimental data on C

p

°(T) (Fig. 1–3). 



T a b l e   2  

Equations of the temperature dependence of the specific heats of ferrites LaM

II

3

Fe

5

O

12

 (M

II

 — Mg, Ca, Sr) 

Compounds 

Coefficients of the equation 

C

0

p







b



T

 + 


c



T

–2

, J/(mol·К) 





T

, K 


a b 

c

10


–5

 

LaMg



3

Fe

5



O

12

 



–1500,24 6,45  64,0877 

298,15–323,0 

1059,98 –1,70  140,6381 

323,0–448,0 

–4617,36 7,34 3407,81 

448,0–498,0 

7062,98 –8,89 –5517,27 498,0–573,0 

–6783,18 7,49 9136,514 

573,0–673,0 

LaCa


3

Fe

5



O

12

 



–3262,26 12,70  –212,122 

298,15–323,0 

718,25 –1,00  250,4178 

323,0–473,0 

–933,34 2,46  291,1446 

473,0–548,0 

–7580,43 7,67 

11675,89 

548,0–673,0 

LaSr


3

Fe

5



O

12

 



17089,38 –33,06  –5886,57  298,15–348 

46,12 –0,13  876,2147 

348,0–473 

20615,07 –26,82 –16894,6  473,0–523,0 

–4252,29 5,01 5590,562 

523,0–673,0 

 

 

 



Серия «Химия». № 3(75)/2014

Figure 1. Dependence of the he

LaCa

3

Fe



5

O

12



 on tempera

Figure 3. Depe

Data from Table 1 shows that t

racy of the calorimeter. It is found o

the heat capacity C

p

°~ƒ(T). This fac



transitions may be caused by cation

advent of the Curie and Neel [5], etc

It is known that in compounds 

anomaly connected with the Schottk

Since the possibilities of calori

ied ferrites directly from the experim

increments [6]. Also coefficients o

ble 2): 


 

 

 



Ф

Thermod


eat capacity  

ature 


Figure 2. Dependence of

LaMg


3

Fe

5



O

12

 on t



 

endence of the heat capacity LaSr

3

Fe

5



O

12

 on temperatu



the error of measurement of the heat capacity fit w

out that a number of ferrites has a sharp jumps in 

ct occurs probably due to the presence of phase t

nic redistributions, changes of the coefficients of

c. 

 containing paramagnetic transition metal ions, o



ky effect. 

imeter IT-400 do not allow to calculate the stand

mental data on C

p

°(T), it was estimated using th



f the temperature dependence of the heat capac

H

0

(T) – H



0

(298.15) = 

0

298.15


T

p

C dT

;



S

0

(T) = S



0

(298.17) + 

298.15

T

p

C

dT

T

;



Ф

хх

(Т) = S

0

(T) – 



0

0

( )



(298.15)

H T

H

T

.



dynamic study of ferrites … 

23 


f the heat capacity  

temperature 

ure 

within permissible accu-



the dependence curve of 

transitions type-II. These 

f thermal expansion, the 

often occur heat capacity 

dard entropy of the stud-

e method of ion entropy 

city are determined (Ta-

(1) 


(2) 

(3) 


E.S.Musstafin, R.Z.Kasenov et al. 

24 


Вестник Карагандинского университета 

In continuation of our studies there were calculated temperature dependence of thermodynamic func-

tions (S°(T), H°(T) – H°(298,15)) using the ratios 1, 2, 3 and the experimental data of C

p

°~ƒ(T) was applied. 



S°(T), H°(T) – H°(298,15) and Ф

хх

(T) ferrites (Table 3). 

T a b l e   3  

Thermodynamic functions LaM

II

3

Fe

5

O

12

 (M

II

 — Mg, Ca, Sr). (С

0

р

(Т), S

0

(T), Ф

хх

(Т), Н

0

(Т) – Н

0

(298,15) 

Т

, К 


С

0

р



(

Т



S

0

(

T





Ф

хх

(

Т



Н

0

(



Т

) – 


Н

0

(298,15) 



LaMg

3

Fe



5

O

12



298 

495,7±4,9

365,3 ± 11

365,3 ± 11

– 

323 


645,4±38,3

410,9 ± 41

367,0 ± 37

14172,4 ± 891

348 

594,4±36,9



456,7 ± 46

371,8 ± 37

29533,0 ± 1858

373 


539,7±34,4

495,2 ± 50

378,9 ± 38

43411,2 ± 2731

398 

471,8±96,1



527,6 ± 53

387,2 ± 39

55886,0 ± 3515

423 


419,2±24,2

554,8 ± 55

396,3 ± 40

67017,8 ± 4215

448 

368,0±21,9



577,4 ± 58

405,8 ± 41

76853,3 ± 4834

473 


376,7±20,7

597,5 ± 60

415,4 ± 42

86103,4 ± 5416

498 

411,1±21,6



617,7 ± 62

425,1 ± 43

95903,2 ± 6032

523 


396,4±25,6

637,6 ± 64

434,8 ± 43

106060,9 ± 6671

548 

350,2±17,7



655,2 ± 66

444,4 ± 44

115494,2 ± 7265

573 


288,6±14,7

669,6 ± 67

454,0 ± 45

123570,8 ± 7773

598 

242,1±14,1



681,0 ± 68

463,2 ± 46

130216,6 ± 8191

623 


234,1±17,80 

690,8 ± 69

472,2 ± 47

136190,7 ± 8566

648 

240,9±14,5



700,1 ± 70

480,8 ± 48

142112,4 ± 8939

673 


271,6±17,4

709,8 ± 71

489,1 ± 49

148508,9 ± 9341

LaCa

3

Fe



5

O

12



298,15 

285,62±21,9 

411,9 ± 12

411,8 ± 12

– 

323 


636,52±34,2 

448,7 ± 45

413,1 ± 41

11517,8 ± 724

348 

596,31±94,0 



494,0 ± 49

417,3 ± 42

26688,4 ± 1679

373 


534,79±22,5 

532,3 ± 53

423,8 ± 42

40489,9 ± 2547

398 

479,87±21,5 



564,9 ± 56

431,6 ± 43

53062,8 ± 3338

423 


416,94±25,2 

592,9 ± 59

440,4 ± 44

64514,7 ± 4058

448 

385,18±47,8 



616,8 ± 62

449,5 ± 45

74928,9 ± 4713

473 


359,00±30,5 

637,3 ± 64

458,9 ± 46

84371,4 ± 5307

498 

407,69±45,1 



657,0 ± 66

468,4 ± 47

93950,9 ± 5910

523 


439,24±30,8 

678,2 ± 68

477,9 ± 48

104770,7 ± 6590

548 

510,10±38,8 



700,8 ± 70

487,6 ± 49

116871,2 ± 7351

573 


387,46±34,9 

720,3 ± 72

497,3 ± 50

127779,4 ± 8037

598 

270,55±21,9 



733,9 ± 73

506,9 ± 51

135708,0 ± 8536

623 


207,94±35,4 

743,5 ± 74

516,2 ± 52

141592,7 ± 8906

648 

178,86±22,9 



750,8 ± 75

525,2 ± 53

146224,9 ± 9198

673 


158,54±12,6 

756,9 ± 76

533,7 ± 53

150278,2 ± 9453

LaSr

3

Fe



5

O

12



298,15 

285,6±21,95 

444,8 ± 13

444,8 ± 44

– 

323 


636,5±34,21 

501,5 ± 50

446,9 ± 45

17632,9 ± 1109

348 

596,3±24,01 



558,3 ± 56

452,9 ± 45

36662,8 ± 2306

373 


534,8±22,48 

605,1 ± 61

461,6 ± 46

53514,1 ± 3366

398 

479,9±21,46 



643,1 ± 64

471,9 ± 47

68163,7 ± 4287

423 


416,9±25,18 

674,4 ± 67

482,9 ± 48

80987,5 ± 5094

448 

385,2±47,80 



700,4 ± 70

494,4 ± 49

92277,6 ± 5804

473 


359,0±30,53 

722,1 ± 72

505,9 ± 51

102264,0 ± 6432

498 

407,7±40,08 



743,7 ± 74

517,2 ± 52

112757,9 ± 7092

523 


439,2±30,84 

765,0 ± 76

528,6 ± 53

123628,9 ± 7776

548 

510,1±38,83 



782,7 ± 78

539,8 ± 54

133102,5 ± 8372

573 


387,5±34,97 

797,6 ± 80

550,7 ± 55

141449,3 ± 8897

598 

270,6±21,97 



810,8 ± 81

561,3 ± 56

149203,2 ± 9385

623 


207,9±35,37 

823,3 ± 82

571,6 ± 57

156812,2 ± 9863

648 

178,9±22,92 



835,6 ± 84

581,5 ± 58

164655,1 ± 10357

673 


158,5±12,55 

848,3 ± 85

591,2 ± 59

173054,5 ± 10885

 


Thermodynamic study of ferrites … 

Серия «Химия». № 3(75)/2014 

25 

Errors of the temperature dependence of the thermodynamic functions were calculated based on an av-



erage error of the heat capacity and entropy calculation accuracy (3 %). 

Conclusion 

1. Isobaric heat capacity of iron LaM

II

3

Fe



5

O

12



 (M

II

 — Mg, Ca, Sr) was measured at temperature 



298.15–673 K for the first time. 

2. It is revealed a sharp jumps in the heat capacity connected with the presence of phase transitions of 

type II. 

3. Equations of the temperature dependence of the heat capacity have been calculated taking into ac-

count the temperatures of phase transitions type II. 

4. The functions S°(T), H°(T) – H°(298,15) and Ф



хх

(T) were calculated in the certain temperature inter-

val. 

 

 



References 

1  Tretyakov Y.D., Lepis W. Chemistry and technology of solid-state materials. — Moscow: Moscow State University Press, 

1985. — P. 256. 

2  Platunov E.S., Burawoy S.E., Kurepin V.V., Petrov G.S. Thermophysical measurements and instruments. — Moscow: 

Mashinostroenie, 1986. — P. 256. 

3  Technical description and operating instructions ITS-400. — Aktobe: Aktobe plant «Etalon», 1986. — P. 48. 

4  Spiridonov V.P., Lopatkin L.V. Mathematical processing of experimental data. — Moscow: Moscow State University Press

1970. — P. 221. 

5  Reznitskii L.A. Calorimetry solid. — Moscow: Moscow State University, 1981. — 184 p. 

6  Kumok V.N. Problem of matching methods to assess the thermodynamic characteristics // Direct and inverse problems of 

chemical thermodynamics. — Novosibirsk: Nauka, 1987. — P. 108–123. 

 

 



Е.С.Мұстафин, Р.З.Қасенов, А.М.Пудов, С.А.Блялов, А.А.Мұратбекова 

LaM

II

3

Fe

5

O

12

 (M

II

 — Mg, Ca, Sr) құрамды ферриттердің  

термодинамикалық зерттеулері 

Мақалада керамикалық технология əдісі бойынша жоғары температуралық синтезбен жаңа ферриттер 

алынған LaM

II

3



Fe

5

O



12

 (M


II

 — Mg, Ca, Sr). Қосылыстардың тетрагоналды сингония бойынша кристал-

данатыны  ұнтақты  рентгенография  əдісі  арқылы  дəлелденді,  олардың  кристалл  торларының 

параметрлері  анықталды.  Ферриттердің  жылусыйымдылықтары 298,15–673 

К  температура 

аралығында  динамикалық  калориметрия  əдісімен  зерттелді  жəне  бұл  жағдайда 2-ші  реттік  фазалық 

ауысу  орын  алатыны  көрсетілді.  Фазалық  ауысуларды  ескере  отырып, 298,15–673 К  температура 

аралығында тəуелділікті сипаттайтын теңдеулер қорытылып шығарылды. 

 

Е.С.Мустафин, Р.З.Касенов, А.М.Пудов, С.А.Блялов, А.А.Муратбекова 



Термодинамические исследования ферритов  

состава LaM

II

3

Fe

5

O

12

 (M

II

 — Mg, Ca, Sr) 

В  статье  высокотемпературным  синтезом  по  керамической  технологии  получены  новые  ферриты 

LaM

II

3



Fe

5

O



12

 (M


II

 — Mg, Ca, Sr). Методом порошковой рентгенографии установлено, что соединения 

кристаллизуются  в  тетрагональной  сингонии,  определены  параметры  их  кристаллических  решеток. 

Методом динамической калориметрии в интервале 298,15–673 К определены теплоемкости ферритов, 

при этом выявлено наличие фазовых переходов II рода. С учетом фазовых переходов выведены урав-

нения, описывающие зависимость, в интервале 298,15–673 К. 



26 

Вестник Карагандинского университета 

UDC 546.06 

Sh.K.Amerkhanova

1

, V.D.Alexandrov



2

, А.Yu.Sobolev

2

 

1



E.A.Buketov Karaganda State University; 

2

Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture, Makeyevka, Ukraine 

(E-mail: amerkhanova_sh@mail.ru) 

Construction of phase diagram in systems Na



Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




©emirsaba.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет