Thermodynamic analysis of the possible existence of the ternary Вa₃СоAl₄O₁₀ compound in the ВаО–СоО–Аl₂O₃ system

Abstract

The work was aimed at the thermodynamic estimation of the possible existence of ternary compound Вa₃СоAl₄O₁₀ in the BaO–CoO–Аl₂O₃ system. To this end, the composition of the expected ternary compound was calculated considering that this compound should be located in the CoAl₂O₄–Вa₃Аl₂O₆ conode. With reference to this, the temperature and the eutectic composition in the binary section of CoAl₂O₄–Вa₃Аl₂O₆ were estimated. The standard enthalpy of the formation of the above three-component compound, the standard entropy and the coefficients of the temperature dependence of the heat capacity were calculated. Using the method developed by Babushkin, the temperature dependence of the Gibbs energy for the formation of Вa₃СоAl₄O₁₀ compound was determined for the range of 800 to 2000 K. The probability of the Вa₃СоAl₄O₁₀ formation was evaluated both for its preparation both from pure aluminum, cobalt and barium oxides and from barium carbonate, aluminum and cobalt oxides. In addition, the probability of the Вa₃СоAl₄O₁₀ formation from binary compounds CoAl₂O₄ and Вa₃Аl₂O₆ was estimated. The possible formation of the ternary compound from Вa₃Аl₂O₆, BaAl₂O₄ and CoO was also considered, because the Вa₃СоAl₄O₁₀ compound is located in this triangle. The graphs of the change of Gibbs energy with temperature (800–2000 K) were plotted for all reactions. The obtained results showed that the formation of the ternary compound from barium, aluminum and cobalt oxides is more feasible from the standpoint of thermodynamics than from the binary compounds.Метою даного дослідження було термодинамічне оцінювання імовірності існування трикомпонентної сполуки Вa₃СоAl₄O₁₀ у системі BaO–CoO–Аl₂O₃. Для досягнення поставленої мети розраховано склад трикомпонентної сполуки Вa₃СоAl₄O₁₀, що знаходиться на коноді CoAl₂O₄–Вa₃Аl₂O₆. Здійснено оцінювання температур і складів евтектик у бінарному перетині CoAl₂O₄–Вa₃Аl₂O₆. У зв'язку з відсутністю літературних даних щодо основних термодинамічних характеристик даної сполуки, розраховано стандартну ентропію і коефіцієнти залежності теплоємності від температури. З використанням методики Бабушкіна, розраховаа залежність величини вільної енергії Гіббса від температури для реакцій утворення сполуки Вa₃СоAl₄O₁₀. Ймовірність утворення Вa₃СоAl₄O₁₀ розраховували як з чистих оксидів барію, кобальту і алюмінію, так і з карбонату барію і оксидів алюмінію та кобальту. Крім того, розрахована ймовірність утворення Вa₃СоAl₄O₁₀ із бінарних сполук CoAl₂O₄ і Вa₃Аl₂O₆. Для більш повного аналізу розглядалася ймовірність утворення трикомпонентної сполуки із Вa₃Аl₂O₆, BaAl₂O₄ і CoO, оскільки саме в цьому трикутнику припускається наявність Вa₃СоAl₄O₁₀. Побудовані графіки зміни енергії Гіббса у температурному інтервалі 800–2000 K для всіх реакцій. На підставі аналізу отриманих результатів, зроблено висновок, що більш ймовірним з точки зору термодинаміки є утворення трикомпонентної сполуки з оксидів барію, кобальту і алюмінію, аніж з бінарних сполук.