Thermal analysis and phase diagrams of the LiF BiF3 e NaF BiF3 systems

Investigações dos sistemas binários LiF-BiF3 e NaF-BiF3 foram realizadas com o objetivo de esclarecer o comportamento térmico e os equilíbrios de fase destes sistemas e das suas fases intermediárias, um requisito importante para a obtenção de cristais de alta qualidade. Amostras de toda a faixa de composições (0 a 100 mol% BiF3) de ambos os sistemas foram analisadas em ensaios de análise térmica diferencial (DTA) e termogravimetria (TG), e também de calorimetria exploratória diferencial (DSC). Algumas composições específicas foram selecionadas para difração de raios-X para complementação dos dados experimentais. Devido à grande vulnerabilidade do BiF3 à contaminação por oxigênio, sua volatilidade e propensão a danificar peças de metal quando aquecido, foi necessário determinar as condições ótimas para os ensaios de análise térmica antes de investigar os sistemas em si. As relações de fase no sistema LiF-BiF3 foram completamente elucidadas e um diagrama de fases foi proposto e avaliado teoricamente mediante o software comercial Factsage. O diagrama em si consiste em um sistema peritético simples, no qual o único composto interno, o LiBiF4 se decompõe em LiF mais uma fase líquida. O sistema NaF-BiF3 não pôde ser completamente elucidado, sendo que as relações de fase do lado pobre em NaF (> 50% BiF3) ainda não são conhecidas. No lado rico em NaF, entretanto, identificou-se a possível decomposição peritectóide do composto NaBiF4. Em ambos os sistemas, foram observadas estruturas cristalográficas discrepantes daquelas da literatura para os compostos mistos, LiBiF4 , NaBiF4 e uma solução sólida de NaF e BiF3 chamada de fase I. As estruturas observadas experimentalmente permanecem desconhecidas e explicações para as discrepâncias foram propostas.Investigations of the binary systems LiF-BiF3 and NaF-BiF3 were performed with the objective of clarifying the thermal behavior and phase equilibria of these systems and their intermediary phases, an important requisite for high-quality crystal growth. Several samples in the entire range of compositions (0 to 100 mol% BiF3) of both systems were subjected to experiments of differential thermal analysis (DTA) and thermogravimetry (TG), and also of differential scanning calorimetry (DSC). A few specific compositions were selected for X-ray diffraction to supplement the experimental data. Due to the high vulnerability of BiF3 to oxygen contamination, its volatility and propensity to destroy metal parts upon heating, it was necessary to determine the optimal conditions for thermal analysis before investigating the systems themselves. Phase relations in the system LiF-BiF3 were completely clarified and a phase diagram was calculated and evaluated via the commercial software Factsage. The diagram itself consists in a simple peritectic system in which the only intermediary compound, LiBiF4, decomposes into LiF and a liquid phase. The NaF-BiF3 system could not be completely elucidated and the phase relations in the NaF poor side (> 50% BiF3) are still unknown. In the NaF rich side, however, the possible peritectoid decomposition of the compound NaBiF4 was identified. In both systems X-ray diffraction yielded crystal structures discrepant with the literature for the intermediary phases, LiBiF4, NaBiF4 and a solid solution of NaF and BiF3 called I. The observed structures remain unknown and explanations for the discrepancies were proposed