Physico-chemical properties of phosphate solutions used in KDP single crystal growth

Abstract

Basing on known experimental data, mathematical dependences have been derived for determination of the solution compositions in the K₂O-P₂Og-H₂O system. Equations have been proposed to calculate the solubility and the density of the saturated KH₂PO₄ solutions within wide ranges of the solution pH and temperature. The ion equilibrium calculations for KH₂PO₄ phosphate solutions evidence the formation possibility of protonated phosphate dimer forms that favor the KH₂PO₄ solubility increase. The results obtained supply the known literature data on the acidity effect on the composition and physicochemical properties of the K₂O-P₂O₅-H₂O system solutions and could be applied to optimize the growing conditions of KDP single crystals from aqueous solutions.

На основе известных экспериментальных данных получены математические зависимости для определения составов растворов в системе K₂O-P₂Og-H₂O. Предложены уравнения расчета растворимости и плотности насыщенных растворов KH₂PO₄ в широком диапазоне изменения рН и температуры раствора. Расчеты ионного равновесия в фосфорнокислых растворах KH₂PO₄ показали возможность образования протонированных фосфат-димерных форм, которые способствуют повышению растворимости KH₂PO₄. Полученные результаты дополняют известные из литературы сведения о влиянии кислотности на состав и физико-химические свойства растворов в системе K₂O-P₂O₅-H₂O и могут найти применение для оптимизации условий выращивания монокристаллов KDP из водных растворов.

На основі відомих експериментальних даних отримано математичні залежності для визначення складу розчинів у системі K₂O—P₂O₅—H₂O. Запропоновано рівняння розрахунку розчинності та густини насичених розчинів KH₂PO₄ у широкому діапазоні змінення pH і температури розчину. Розрахунки іонної рівноваги у фосфорнокислих розчинах KH₂PO4 показали можливість утворення протонованих фосфат-димерних форм, які сприяють підвищенню розчинності KH₂PO4. Одержані результати доповнюють відомі з літератури дані про вплив кислотності на склад та фізико-хімічні властивості розчинів у системі K₂O—P₂O₅—H₂O, а також можуть використовуватись для оп-тимізації умов вирощування монокристалів KDP з водних розчинів.