Взаимодействие аспарагината калия с бивалентными металлами (изучение системы MnCl2-C4H6KNO4-H2O при 25°C)

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 547-38                                        

В настоящее время изучение водных растворов и их фазовых равновесий является одной из ключевых задач химии растворов. Это важно для понимания различных процессов, таких как растворимость, комплексообразование и кристаллизация, которые играют значительную роль в химической промышленности, биологии и материаловедении [1].

Система, состоящая из хлорида марганца (MnCl₂ ), пиридин-2,6-дикарбоксилата калия (C 4 H 6 KNO 4 ) и воды (H 2 O), представляет особый интерес благодаря своей способности образовывать разнообразные комплексные соединения. MnCl 2 широко используется в металлургии, производстве батарей и в химических синтезах, в то время как пиридин-2,6-дикарбоксилат калия применяется в качестве лигандов в комплексных соединениях. Водные растворы этих веществ могут образовывать разнообразные гидратированные и комплексные формы, что делает эту систему интересной для исследования [2].

На данный момент существует ограниченное количество исследований, посвященных именно системе MnCl 2 -C 4 H 6 KNO 4 -H 2 O, что делает настоящее исследование актуальным и новаторским. Ранние работы по изучению водных растворов MnCl 2 и различных карбоксилатов показали возможность образования комплексных соединений с интересными свойствами, что подчеркивает важность данного исследования [3].

Результаты, полученные в ходе исследования, могут быть полезны для дальнейшего понимания взаимодействий в многокомпонентных водных системах, а также для разработки новых материалов и технологий на их основе [4].

Целью исследования является изучение фазовых равновесий в системе MnCl 2 -C 4 H 6 KNO 4 -H 2 O при температуре 25°C. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: определение состава растворов при различных концентрациях компонентов; изучение условий образования различных кристаллических фаз; анализ комплексообразования в системе и характеристика полученных комплексных соединений.

Материалы и методы исследования

Исследование системы MnCl 2 -C 4 H 6 KNO 4 -H 2 O при температуре 25°C было выполнено в лаборатории химии Андижанского государственного университета на основании договора №2 от 2023 года.

В работе использовались современные методы анализа, такие как рентгенофазовый анализ (РФА), для определения структуры и состава фаз. Исследования проводились при комнатной температуре (25°C) для оценки поведения системы в условиях, приближенных к реальным.

Для проведения данного исследования использовались следующие реактивы и материалы:

Хлорид марганца (II) дигидрат (MnCl 2 ×2H 2 O). Производитель: Sigma-Aldrich. Чистота: 99,9%. Образец предварительно высушен при 100°C в течение 2 часов для удаления адсорбированной влаги.

Пиридин-2,6-дикарбоксилат калия (C 4 H 6 KNO 4 ). Производитель: Merck. Чистота: 98%. Использовался без дополнительной очистки.

Дистиллированная вода. Получена в лаборатории с помощью аппарата для дистилляции. Электропроводность: менее 0,1 μS/см.

Приготовление растворов. Растворы MnCl 2 и C 4 H 6 KNO 4 готовились путем растворения соответствующих количеств твердого вещества в дистиллированной воде. Концентрации растворов варьировались для изучения различных фазовых равновесий [5].

Раствор MnCl 2 . Приготовлен 0,5 М раствор путем растворения соответствующего количества MnCl 2 ×2H 2 O в дистиллированной воде. Раствор тщательно перемешивался до полного растворения твердого вещества.

Раствор C 4 H 6 KNO 4 . Приготовлен 0,5 М раствор путем растворения соответствующего количества C 4 H 6 KNO 4 в дистиллированной воде. Раствор также тщательно перемешивался до полного растворения твердого вещества.

Методы исследования

Испарение и кристаллизация. Приготовленные растворы смешивались в различных соотношениях и оставлялись при комнатной температуре (25°C) для испарения. Испарение проводилось в открытых стеклянных чашках Петри, помещенных в эксикатор для предотвращения попадания пыли. Образцы оставлялись до полного испарения воды и образования кристаллических фаз.

Рентгенофазовый анализ (РФА). Полученные кристаллы подвергались рентгенофазовому анализу для определения их структуры. Анализ проводился на дифрактометре с использованием Cu Kα излучения. Шаг сканирования составлял 0,02° 2θ, время накопления — 1 с/шаг.

Микроскопический анализ. Кристаллические образцы изучались под оптическим микроскопом для определения их морфологии и размера. Использовался поляризационный микроскоп с увеличением до 400×.

Анализ состава растворов. Концентрации ионов в растворах определялись с помощью ионной хроматографии. Использовалась система с детектором электропроводности и колонкой для анионов.

Все растворы готовились непосредственно перед экспериментами, чтобы избежать возможных изменений состава [6].

Растворы смешивались в различных соотношениях: 1:1, 1:2, 2:1 и т. д.

Каждая смесь оставлялась для испарения в отдельной чашке Петри. После полного испарения воды кристаллы извлекались и анализировались с помощью РФА и микроскопии.

Полученные данные использовались для построения фазовой диаграммы системы MnCl 2 -C 4 H 6 KNO 4 -H 2 O.

Результаты исследования

Для исследования системы MnCl 2 -C 4 H 6 KNO 4 -H 2 O при температуре 25°C были проведены эксперименты по испарению растворов различных концентраций. Ниже приведены результаты для 3 экспериментальных серий с различными концентрациями компонентов.

Серия 1: 1:1 (MnCl 2 :C 4 H 6 KNO 4 ). Концентрация растворов: 0,5 М. Условия: испарение при комнатной температуре. Результаты: наблюдалось образование кристаллов Mn(C 4 H 6 KNO 4 ) 2 ×2H 2 O. Форма кристаллов: тонкие игольчатые. Размер кристаллов: 100–200 мкм.

Серия 2: 2:1 (MnCl 2 :C 4 H 6 KNO 4 ). Концентрация растворов: 1,0 М. Условия: испарение при комнатной температуре. Результаты: образование многогидратной формы MnCl 2 ×4H 2 O. Форма кристаллов: таблитчатые. Размер кристаллов: 50–100 мкм.

Серия 3: 1:2 (MnCl 2 :C 4 H 6 KNO 4 ). Концентрация растворов: 0,25 М. Условия: испарение при комнатной температуре. Результаты: образование кристаллов Mn(C4H₆KNO4)2^2H2O. Форма кристаллов: призматические. Размер кристаллов: 150–250 мкм.

Фазовая диаграмма системы MnCl 2 -C 4 H 6 KNO 4 -H 2 O при 25°C.

Микрофотографии кристаллов: серия 1: Тонкие игольчатые кристаллы Mn(C 4 H 6 KNO 4 ) 2 ×2H 2 O (Рисунок).

Рисунок. И гольчатые кристаллы

Серия 2: таблитчатые кристаллы MnCl 2 ·4H 2 O. Серия 3: призматические кристаллы Mn(C 4 H 6 KNO 4 ) 2 ×2H 2 O.

На основе полученных данных можно сделать выводы:

Образование комплексных соединений  Mn(C4H6KNO4)2x2H2O  происходит при соотношении компонентов 1:1 и 1:2.

При повышенной концентрации MnCl 2 (2:1) образуется многогидратная форма

MnCl 2 ×4H 2 O.

В зависимости от соотношения компонентов изменяется форма и размер кристаллов, что указывает на различия в условиях кристаллизации и состава фаз.

Полученные результаты важны для понимания механизмов комплексообразования и кристаллизации в данной системе, что может быть полезно в различных химических и промышленных приложениях.

Эти данные подтверждают сложное поведение системы MnCl 2 -C 4 H 4 KNO 4 -H 2 O при различных концентрациях компонентов и открывают возможности для дальнейших исследований в области химии растворов и материаловедения.

Заключение

В ходе исследования системы MnCl 2 -C 4 H 6 KNO 6 -H 2 O при температуре 25°C были получены ценные данные о фазовых равновесиях и структуре образующихся кристаллических соединений. При соотношениях компонентов 1:1 и 1:2 в растворе образуются комплексные соединения типа Mn(C 4 H 6 KNO 4 ) 4 ×2H 2 O, что подтверждает возможность образования стабильных комплексных соединений в водной среде. При повышенной концентрации MnCl 2 (соотношение 2:1) образуется многогидратная форма MnCl 2 ×4H 2 O, что указывает на высокую склонность MnCl 2 к гидратации в данных условиях. Полученные кристаллы имеют различные формы и размеры в зависимости от соотношения компонентов, что говорит о влиянии состава раствора на процессы кристаллизации и роста кристаллов. Полученные результаты важны для дальнейшего понимания механизмов комплексообразования и гидратации в многокомпонентных системах. Эти данные могут быть использованы для разработки новых материалов и технологий, основанных на системах с хлоридом марганца и пиридин-2,6-дикарбоксилатом калия.