Electron absorption spectra of saturated chlorine solutions in melts of alkaline metal chlorides depending on temperature

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Electronic absorption spectra of saturated chlorine solutions in molten alkali metal chlorides were recorded in the range from the melting point of the salt to 1000°C. An SF-26 spectrophotometer converted for high-temperature measurements was used to record the spectra. The illuminator was separated from the main body and a silite high-temperature furnace with windows was placed between the illuminator and the monochromator. Quartz optical cells with a absorbing layer thickness of 0.8, 1.0 and 1.5 mm were used to conduct the experiments. The thinnest cuvette (0.8 mm) was used to record the spectrum of dissolved chlorine in molten cesium chloride, since the solubility of chlorine in it is maximum and, accordingly, the optical density of such a melt is also maximum. It was found that in all salts the absorption spectrum consists of a single broad absorption band with a maximum in the region of 26000–28000 cm-1. In the range of 13000–8000 cm-1 absorption is practically absent. With increasing temperature, as well as when passing from sodium chloride to cesium chloride, the absorption maximum shifts to the region of lower energies. The solubility of chlorine in molten salts increases with increasing temperature, which indicates the endothermicity of the dissolution process. The thermodynamic characteristics of this process were calculated based on the solubility values. The process of dissolution of Cl2 in molten alkali metal chlorides is characterized by a positive change in entropy and enthalpy. This indicates the dissolution of chlorine not in the form of simple Cl2 molecules, but rather the formation of their associates with ions of the salt medium. With increasing temperature and transition in the series of salt-solvents from NaCl to CsCl, the change in Gibbs energy shifts toward smaller (more negative) values, which corresponds to an increase in the solubility of chlorine in the same direction. And in the same direction, both the physical and chemical (formation of ions) components of the total solubility of the gas increase. A conclusion is made about the predominant chemical mechanism of chlorine dissolution in molten alkali metal chlorides.

About the authors

A. Y. Kolobov

JSC «DINUR»; Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: art.kolobov@yandex.ru
Pervouralsk city, Sverdlovsk region; Yekaterinburg

A. M. Potapov

Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: art.kolobov@yandex.ru
Yekaterinburg

V. A. Khokhlov

Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: art.kolobov@yandex.ru
Yekaterinburg

References

  1. Kolobov A.Yu., Potapov A.M., Khokhlov V.A. Poluchenie razbavlennyh rastvorov trihloridov redkozemel’nyh metallov hlorirovaniem ih oksidov v rasplavlennoj ekvimol’noj smesi NaCl-KCl [Preparation of Diluted Solutions of Rare-Earth Metal Trichlorides by Chlorination of Their Oxides in a Molten Equimolar Mixture of NaCl-KCl] // Rasplavy.2024. № 6.Pp. 663–675. [In Russian]
  2. Kolobov A.Yu., Potapov A.M., Khokhlov V.A. Poluchenie razbavlennyh rastvorov hloridov lantana (III) i neodima (III) v rasplavlennoj ekvimolyarnoj smesi NaCl-KCl [Preparation of Diluted Solutions of Lanthanum (III) and Neodymium (III) Chlorides in a Molten Equimolar Mixture of NaCl-KCl] // Trudy Kol’skogo nauchnogo centra RAN. Seriya: Tekhnicheskie nauki. 2024. V. 15.№ 1. Pp. 249–254. [In Russian]
  3. Volkovich V.A., Medvedev E.O., Vasin B.D., et al. Spektroskopicheskoe issledovanie processov hlorirovaniya oksidov lantanoidov v rasplavah khloridov shchelochnyh metallov [Spectroscopic study of the chlorination processes of lanthanide oxides in melts of alkali metal chlorides] // Rasplavy. 2006. № 5. Pp. 21–28. [In Russian]
  4. Morozov I.S. Primenenie khlora v metallurgii redkih i cvetnyh metallov [Application of Chlorine in the Metallurgy of Rare and Non-Ferrous Metals]. Moscow: Nauka, 1966. P. 254. [In Russian]
  5. Chen Y. et al. Hot chlorination corrosion of metallic nickel by chlorine catalyzed by sodium chloride // ACS omega. 2020.Т. 5.№. 42. С. 27278–27286.
  6. Volkov S.V., Naumov V.S. Spektroskopicheskoe issledovanie rasplavov khloridov shchelochnyh metallov s nestekhiometricheskim soderzhaniem hlora [Spectroscopic study of alkali metal chloride melts with non-stoichiometric chlorine content] // Ukrainian Chemical Journal. 1979. V.45.№ 12. Pp. 1143–1148. [In Russian]
  7. Greenberg J., Sundheim B.R. Absorption Spectra in Molten Salt Solutions // Phys. Chem. 1958. V.29. № 5. P. 1029–1032.
  8. Andresen R.E., Ostvold T., Oye H.A. // Proc. Int. Symp. on Molten Salts. Ed. by J. Paul Pemsler. 1976. Pp. 111–122.
  9. Khokhryakov A.A., Mikhaleva M.V., Molchanov A.M. Elektronnye spektry pogloshcheniya rastvorov molekulyarnogo khlora v rasplavlennyh hloridah shchelochnyh metallov [Electronic absorption spectra of solutions of molecular chlorine in molten alkali metal chlorides] //Journal of Inorganic Chemistry. 2007. V.52.№. 10. Pp. 1705–1708. [In Russian]
  10. Loshagin A.V. [Elektronnye spektry pogloshcheniya ionov titana, platiny i iridiya v srede rasplavlennyh khloridov shchelochnyh metallov] Electronic absorption spectra of titanium, platinum, and iridium ions in molten alkali metal chlorides. Abstract of dissertation. Candidate of Chemical Sciences. Sverdlovsk. 1981. P. 16. [In Russian]
  11. Babko A.K., Pilipenko A.T. Fotometricheskij analiz [Photometric analysis]. Moscow. Khimiya, 1968. P. 387. [In Russian]
  12. Smirnov M.V., Komarov V.E., Nasonov Yu.V. Rastvorimost’ khlora v rasplavlennyh binarnyh smesyah hloridov shchelochnyh metallov i hloristogo bariya [Solubility of chlorine in molten binary mixtures of alkali metal chlorides and barium chloride] // Trudy instituta elektrohimii UNC AN SSSR. 1971. V.17.Pp. 45–48. [In Russian]
  13. Smirnov M.V., Komarov V.E., Nasonov Yu.V. Rastvorimost’ khlora v rasplavlennom hloristom lantane i ego smesyah s hloridami shchelochnyh metallov i hloristogo bariya [Solubility of chlorine in molten lanthanum chloride and its mixtures with alkali metal chlorides and barium chloride] // Trudy instituta elektrohimii UNC AN SSSR. 1971. V.19.Pp. 9–12. [In Russian]
  14. Muzhzhavlev K.D., Lebedev O.A., Tatakin A.N., and Dronyaeva O.N. Rastvorimost’ khlora v rasplavlennyh khloridnyh elektrolitah [Solubility of Chlorine in Molten Chloride Electrolytes] // Cvetnye Metally. 1970. № 10.Pp. 46–51. [In Russian]
  15. Smirnov M.V., Komarov V.E., and Nasonov Yu.V. O mekhanizme rastvoreniya khlora v individual’nyh rasplavlennyh hloridah shchelochnyh metallov i ih smesyah [On the mechanism of chlorine dissolution in individual molten alkali metal chlorides and their mixtures]. Sverdlovsk. 1969. 7 P. dep. in VINITI 17.06.69, № 826–69. [In Russian]
  16. Ukshe E.A., Leonova L.C., Bukun N.G. Gazy v rasplavlennyh solyah [Gases in molten salts] // Ionnye rasplavy. Kiev: Nauk. Dumka. 1974. V.1. Pp. 21–42. [In Russian]
  17. Ryabukhin Yu.M., Leonova L.S. Rastvorimost’ khlora v rasplavlennom khloristom svince [Solubility of chlorine in molten lead chloride] // Zhurnal neorganicheskoj khimii. 1968. V.13. № 9. P. 2621. [In Russian]
  18. Ryabukhin Yu.M., Bukun N.G. Mekhanizm rastvoreniya khlora v rasplavlennykh khloridakh shchelochnykh metallov [The mechanism of chlorine dissolution in molten alkali metal chlorides] // Zhurnal neorganicheskoj khimii. 1968. V.13. № 4. Pp. 1141–1145. [In Russian]
  19. Ryabukhin Yu.M. Rastvorimost’ khlora v rasplavlennykh khloridakh [Solubility of chlorine in molten chlorides] // Zhurnal neorganicheskoj khimii. 1962. V.7.№ 5. Pp. 1101–1104. [In Russian]
  20. Nekrasov V.N. Physical chemistry of halogen solutions in halide melts. Moscow, Nauka. 1992. P. 216. [In Russian]
  21. Leonova L.C., Ryabukhin Yu.M., Ukshe E.A. Rastvorimost’ i diffuziya khlora v rasplavakh binarnoj sistemy KCl-NaCl [Solubility and diffusion of chlorine in the melts of the KCl-NaCl binary system] // Ehlektrokhimiya. 1969. V.5. № 4. Pp. 464–466. [In Russian]
  22. Ryabukhin Yu.M. Rastvorimost’ khlora v ehkvimolekulyarnoj smesi khloridov natriya i kaliya [Solubility of chlorine in an equimolecular mixture of sodium and potassium chlorides] // Zhurnal neorganicheskoj khimii. 1966. V.11.№ 10. Pp. 2415–2417. [In Russian]
  23. Ukshe E.A., Leonova L.C., Yavonova G. N., Bukun N.G. Vliyanie kompleksoobrazovaniya na rastvorimost’ i diffuziyu molekulyarnogo khlora v ionnykh zhidkostyakh / [The effect of complex formation on the solubility and diffusion of molecular chlorine in ionic liquids] / Ehlektrokhimiya. 1971. V.7. № 3. Pp. 390–393. [In Russian]
  24. Leonova L.C., Ukshe E.A. Rastvorimost’ i koehfficienty diffuzii khlora v rasplavakh RbCl [Solubility and diffusion coefficients of chlorine in RbCl melts] // Ehlektrokhimiya. 1970. V.6.№ 6. Pp. 892–893. [In Russian]
  25. Kolobov A., Khokhlov V., Potapov A., Kochedykov V. Chlorine solutions in molten alkali chlorides // Zeitschrift fur Naturforschung. Section A: Journal of Physical Sciences. 2007. V.62. № 3–4. Pp. 205–212.
  26. Baibakov D.P. Issledovanie kinetiki i mekhanizma processa absorbcii khlora rasplavami khloristyhsolej [Investigation of the Kinetics and Mechanism of Chlorine Absorption by Melted Chloride Salts]. Dis. kand. tekh. nauk. LTI im. Lensoveta. Leningrad. 1971. P. 144. [In Russian]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».