Остаточная концентрация как найти

Информация о материале

Создано: 23 июня 2013

Расчет остаточных концентраций

Пример 1. Рассчитать молярные концентрации серебра и хлора при титровании нитрата серебра хлоридом натрия в момент, когда к 25,0мл 0,1М раствора нитрата серебра добавлен 0,1М раствор хлорида натрия в количестве: 24,0; 25,0; 26,0. ПР AgCl = 1,1 · 10-10

Решение.

1) Моль/л

Моль/л

Нитрат серебра оттитрован не полностью.

2) Моль/л – до добавления хлорида натрия, аналогично находим:

Моль/л

Следовательно, к раствору нитрата серебра добавлено эквивалентное количество хлорида натрия

Моль/л

3) Добавлен избыток хлорида натрия:

Моль/л

Моль/л

Добавить комментарий

РАВНОВЕСИЯ

ВГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ

3.1.Произведение растворимости

иего применение для решения задач аналитической химии

В насыщенном растворе малорастворимого соединения AmBn равновесие AmBn mA+ пВ (зарядовые числа ионов опущены ради простоты) количественно характеризуется в соответствии с ЗДМ константой

am an

К =

A В

.

(3.1)

aАmBn

Так как активность твердой фазы aAmBn = const, то она включа-

ется в константу:

К aAmBn = aAm aBn .

Константа этого равновесия называется термодинамическим произведением растворимости ( Kso ).

В ненасыщенном растворе aAm aBn < Kso . В контакте с таким рас-

твором твердая фаза будет растворяться, пока не установится равновесие

В пересыщенном растворе aAm aBn > Kso . Если такой раствор при-

вести в контакт с кристаллами вещества, то начнется немедленное выпадение осадка до тех пор, пока не установится равновесие (3.2). Перепишем уравнение (3.2) с учетом зависимости а = γc:

Kso = [A]m [В]n γmA γnB = Ks γmA γnB ,

где Ks = [A]m[В]n концентрационное произведение растворимости.

Глава 3. Равновесия в гетерогенных системах

81

Произведение растворимости электролита, состоящего из бóльшего числа разноименных ионов, чем бинарный, равно произведению активностей всех его ионов. Например, в случае соединения

MgNH4PO4

Ks =aMg2+ aNH+4 aPO34.

Внасыщенном растворе малорастворимого соединения коэф-

фициенты активностей γA и γВ близки к 1 (а с), т.е. Ks = Kso .

Обычно значение Ks вычисляют по данным растворимости соединения, найденным опытным путем. И наоборот, зная Ks, можно вычислить растворимость этого соединения. Пусть растворимость малорастворимого электролита типа АтВп в насыщенном водном растворе равна S моль/л. Тогда молярные концентрации ионов А и В равны [A] = mS, [B] = nS, а произведение растворимости

Ks =[A]m[B]n =[mS]m[nS]n =mm nn S m + n .

ДлябинарногоэлектролитаАВимеемпростоесоотношениеKs = S2. Эти уравнения и используют для расчета Ks по величине S. Зная Ks, можно, наоборот, вычислить растворимость S. В общем случае растворимость электролита АтВп связана с величиной Ks уравнением:[

S = m+n Ks

[М].

(3.3)

mm nn

Присутствие сильного электролита, не имеющего с осадком одноименного иона, увеличивает растворимость осадка за счет снижения коэффициентов активности ионов в растворе (солевой эффект). Поэтому произведение растворимости должно в этом случае использоваться в термодинамической форме:

Kso = аАт аВп = [A]m [B]n γmA γnB = (mS)m (nS)n γmA γnB =

= mm nn Sm+n γmA γnB ,

откуда

S = m+n

Kso

γBn

.

(3.4)

mm nn γAm

Из этого уравнения видно, что с ростом ионной силы I растворимость осадка увеличивается, поскольку коэффициенты активностей ионов уменьшаются.

82Расчеты ионных равновесий

Вприсутствии сильного электролита, имеющего общий ион с осадком, его растворимость уменьшается вследствие увеличения концентрации одного из ионов кристаллической решетки осадка,

что ведет к неравенству aAm aBn > Kso . В результате происходит до-

полнительное выделение твердой фазы из пересыщенного раствора до тех пор, пока не установится гетерогенное равновесие в системе. Солевой эффект за счет присутствия сильного электролита здесь также имеет место, однако фактор подавления растворимости под действием одноименного иона играет доминирующую роль.

Пример 1. Вычислить Ks хлорида свинца, если известно, что растворимость PbCl2 при 20 °С в 100 мл воды равна 0,99 г (плотность раствора ρ = =°1,007 г/см3).

Решение . Вычисляем молярную растворимость:

100,99 г раствора содержат 0,99/М моль PbCl2

1007 г S моль PbCl2.

Из этой пропорции находим

S =

1007 0,99

= 0,036 М; [Pb2+] = S М; [Cl] = 2S М.

278,12 100,99

По данным растворимости вычисляем величину Kso :

Kso = aPb2 + aCl2 = S γPb2+ (2S γCl)2 = 4S 3 γPb2+ γCl2 ;

I =

1

(0,036 4 + 0,072) = 0,108; lg γ

Pb

2+ = 0,5 4 0,108

= 0,5 ;

2

1+ 0,108

γPb2+ = 0,32; γCl= 0,76;

Kso = 4 0,0363 0,32 0,762 = 3,4 105.

Пример 2. Вычислить растворимость BaSO4 в 0,1 М растворе Na2SO4

( Ks,BaSO4 = 1,1 1010 ).

Решен ие . Ионная сила раствора будет определяться преимущественно ионами сильного электролита: I = 12 (0,2 + 0,1 22) = 0,3 M. Согласно справоч-

ным данным, при I = 0,3 M значения γBa 2+ = γSO24= 0,42. Равновесные кон-

центрации ионов в насыщенном растворе сульфата бария равны [Ba2+] = S M;

Глава 3. Равновесия в гетерогенных системах

83

[SO42] = (0,1+ S) M. С учетом этих концентраций и ионной силы раствора Ks сульфата бария выразится в виде

Ks = S γ (0,1 + S) γ = 1,1 1010.

Поскольку отношение с / Ks = 0,1/1,1 1010 >> 400, то c достаточным при-

ближением можно положить 0,1 + S = 0,1. Тогда получаем простое уравнение Ks = S 0,1γ2, откуда S = 6,24 109 M. В отсутствие Na2SO4 величина

S= 1,1 1010 = 1,05 105 M.

Впрактике химического анализа осадитель всегда прибавляют в избытке по отношению к количеству осаждаемого иона. Зная избыточную концентрацию осадителя, можно рассчитать полноту осаждения выделяемого в осадок соединения.

Пример 3. К 1 л 0,01 М раствора Ca(NO3)2 прибавили 2,68 г Na2C2O4. Какова полнота осаждения иона Са2+? ( Ks,CaC2O4 = 2,3 109.)

Решение . На осаждение Са2+ из 1 л 0,01 М раствора Ca(NO3)2 требуется 0,01 моль Na2C2O4, так как, согласно реакции

Са2+ + Na2C2O4 CaC2O4 + 2 Na+,

1 моль Са2+

реагирует с 1 моль осадителя. Прибавлено

2,68

= 0,02

М(Na2C2O4 )

моль Na2C2O4. Остаточное количество осадителя равно 0,02 0,01 = 0,01 моль. Следовательно, его избыточная концентрация составляет 0,01 М. Неосажденное количество кальция вычисляем из уравнения (0,01 + S) S = 2,3 109. Поскольку соотношение с/ПР >> 400, допустимо положить 0,01 + S 0,01. Тогда

остаточная концентрация неосажденного Са2+ равна S = 2,3 109 = 2,3 107 М.

0,01

Полнота выделения Са2+ составляет

100 – 2,3 109 ×100 = 99,998 %.

0,01

3.2.Влияние РН раствора на процессы осаждения и растворения гидроксидов

Ионом-осадителем при выделении гидроксидов металлов является ион гидроксила. От величины рН раствора зависит, выпадет осадок гидроксида металла или нет.

84

Расчеты ионных равновесий

Для реакции осаждения

Men+ + nOHMe(OH)n

концентрация иона ОНдолжна удовлетворять достижению произведения растворимости гидроксида металла:

[OH] = n Ks,Me(OH)n .

[Men+ ]

Следовательно, водородный показатель в момент начала осаждения гидроксида должен удовлетворять условию

рН=141n рKs,Me(OH)n 1n lg[Men+ ] .

При расчете рН начала осаждения гидроксида величину [Men+] приравнивают к концентрации иона металла в растворе. В практике качественного анализа осаждение считается полным, если остаточная концентрация иона не превышает 106 М. Поэтому при

расчете рН полного осаждения гидроксида принимают [Men+] = =°1 10-6 М.

Растворимость гидроксидов амфотерных металлов сильно зависит от кислотности среды. Она возрастает при увеличении концентрации в растворе как ионов H+ вследствие кислотно-основного взаимодействия, так и ионов ОНиз-за преобладания в щелочных средах процессов гидроксокомплексообразования. Растворимость осадков гидроксидов можно найти по приведенному ниже уравнению (4.4) для систем, содержащих избыток осадителей с комплексующими свойствами. Минимальная растворимость осадковамфолитов наблюдается при такой кислотности раствора, когда среди равновесных частиц, содержащих катион металла, преобладают недиссоциированные частицы Me(OH)n.

Пример 1. Вычислить рН начала осаждения гидроксида магния из 0,1 М раствора MgCl2.

Решение: рН =14 9,222 12 lg 0,1 = 9,9 .

Процесс растворения гидроксида в сильной кислоте можно выразить следующими реакциями:

Глава 3. Равновесия в гетерогенных системах

85

Me(OH)n Men+ + nOH

k1

= Ks,Me(OH)

n

nOH+ nH+ nH O

k

2

=

1

2

Kwn

Me(OH)n + nH+ Men+ + nH2O

К = k k

2

= K

s,Ме(ОН)n

/ Кn .

1

w

При растворении гидроксида в слабой кислоте необходимо учитывать следующие равновесия:

Me(OH)n Men+ + nOH

k1 = Ks,Me(OH)

n

nНА nН+ + nАk2 =

KHAn

nOH+ nH+ nH2O

k2

=

1

Kwn

Me(OH)n + nHA Men+ + nA+ nH2О

K = k k

k

3

= K

s,Me(OH)

K n

/ K n .

(3.5)

1 2

n

HA

w

Возможны два типа задач при расчете растворимости: а) вычисление растворимости гидроксида в какой-либо кислоте; б) расчет концентрации кислоты, обеспечивающей растворение определенного количества осадка.

Пример 2. Вычислить растворимость Со(ОН)2 в 1 М растворе уксусной кислоты.

Решение . Задачу можно решить, если определить количество кислоты, пошедшей на растворение гидроксида. Формализуем решение задачи по схеме, приведенной в разд. 1.4:

Со(ОН)2 + 2НАс Со2+ + 2Ас+ 2Н2О

с 1

12х

[R] 2x 1–2x

2

Согласно уравнению (3.5), константа равновесия реакции растворения гидроксида кобальта(II) в уксусной кислоте

86

Расчеты ионных равновесий

K =

Ks,Со(ОН)2

КНАс2

6,3 1015 (1,74 105 )2

3

=

= 5 10 .

Кw2

(1 1014 )2

Тогда

22

(0,5 х)3

0,53

= 5 103, откуда х =

0,53

5 103.

22 х2

х2

5 103

Следовательно, остаточная концентрация уксусной кислоты равна [HАc] = = 2x = 0,01 M. В итоге практически вся взятая кислота прореагировала с гидроксидом кобальта. Поэтому растворимость Со(ОН)2 в уксусной кислоте со-

ставляет (0,5 х) = 0,49 М.

Пример 3. Какую концентрацию муравьиной кислоты нужно создать, чтобы в 100 мл ее растворилось 0,2137 г Fe(OH)3?

Решение . В результате растворения 0,2137 г Fe(OH)3 в 100 мл воды

равновесная концентрация ионов Fe3+

будет равна [Fe3+] =

0,2137 10

=

М(Fe(OH)3 )

=

2,137

= 0,02 М. С учетом этой концентрации составим схему равновесия:

106,85

Fe3+

Fe(OH)3 +

3HCOOH

+ 3HCOO

+ 3H2O

с

3х

0,02

[R]

3x 3 0,02

3 0,02

Константа равновесия реакции растворения равна

К =

Ks,Fe(OH)

3

KHCOOH3

6,3 1038 (1,77 104 )3

7

=

= 3,49 10 .

K w3

(1 1014 )3

Таким образом, получаем уравнение

[Fe3+ ][HCOO]3

0,063

0,02

К =

=

= 3,49 107,

3

(3х0,06)

3

[HCOOH]

которое после извлечения кубического корня из его правой и левой частей

приобретает вид

0,06 0,27

= 7,0 103. Решая это уравнение, находим х =

3х0,06

0,79. Следовательно, исходная концентрация муравьиной кислоты равна с = = 3х = 2,4 М. Если не учитывать равновесные концентрации частиц, участвующих в реакции растворения гидроксида железа, то, согласно стехиометрии реакции, исходная концентрация муравьиной кислоты должна быть рав-

ной 0,06 М.

(K1OH

Глава 3. Равновесия в гетерогенных системах

87

3.3.Влияние протолиза ионов осадка на его растворимость

Как анион, так и катион малорастворимого соединения могут взаимодействовать с молекулами растворителя с протеканием реакций протолиза анионов слабых кислот и катионов слабых оснований, что приводит к увеличению растворимости осадка. Математически описать растворимость осадков в их насыщенном растворе с учетом всех стадий протолиза в общем случае очень сложно. Однако в большинстве случаев учет протолиза лишь по первой ступени позволяет получить вполне удовлетворительные результаты.

Гидратированные катионы в водных растворах подвергаются ступенчатому протолизу по схеме:

[Me(H 2O)m ]n+ +H2O[Ме(OH)(H 2O)m1 ](n1)+ +H3O+ ; [Me(H2O)m1](n1)+ +H2O[Ме(OH)2 (H2O)m2 ](n2)+ +H3O+

и т.д. Эти реакции можно рассматривать и как процесс образования гидроксокомплексов:

Men+ +OHMe(OH)(n1)+ ; [Me(OH)](n1)+ +OH[Me(OH)2 ](n2)+

и т. д.

Выразим константу K суммарного равновесия процесса растворения малорастворимого соединения МеА с учетом протолиза ка-

тиона по первой ступени:

МеА Меn+ + Аn

k1

= Ks

Н2О Н+ + ОН

k2 = Kw

Men+ + OHMe(OH)(n1)+

k3

= K1OH

MeA + H2O Me(OH)n1 + An+ H+

(3.6)

K = k1k2k3 = KsКwK1OH

(3.7)

константа образования гидроксокомплекса Me(OH)(n-1)+,

равная последней обратной константе диссоциации гидроксокомплекса Ме(ОН)n, т.е. K1OH = 1/Kb,n.)

Константу суммарного равновесия процесса растворения осадка с учетом протолиза аниона по первой ступени получим, принимая во внимание следующие реакции:

88

Расчеты ионных равновесий

MeA Men+ + An

k1 = Ks

n

(n1)

k2 =

K W

A

+ H2O HA

+ OH

Ka,n

Сложением уравнений частных равновесий получим суммарный процесс растворения соли МеА в воде, когда в значительной степени протонируется анион, а протолизом гидратированного катиона можно пренебречь:

MeA + H2O Meп+ + HA(п1)+ OH.

Константа равновесия этой реакции

К = k k

2

=

Ks Кw

,

1

Ka,п

где Ka,n =

[An][H+]

.

[HA(n-1)- ]

Суммарное равновесие реакции растворения соли МеА, когда протолизу по первой ступени подвергаются одновременно анион и катион, можно получить, рассмотрев системы частных равновесий

и соответствующих констант:

МеА Меn+ + Аn

k1

= Ks

n

(n-1)-

k2 =

KW

А

+ Н2О НA

+ ОН

Ka,n

Men+ + OH[Me(OH)](n1)+

k3

= K1ОН

MeA + H2O [Me(OH)](n1)+ + HA(n1)

К = k k

k

3

=

K s K w K1OH

.

1

2

Ka,n

При расчете равновесия реакции растворения с учетом процессов протолиза ионов малорастворимой соли слабой кислоты можно сделать следующие допущения:

1. Анион Аnпрактически полностью переходит в частицу НА(n1), так что концентрацией [Аn] по сравнению с [НА(n1)]

Глава 3. Равновесия в гетерогенных системах

89

можно пренебречь (аналогичное допущение справедливо и при образовании гидроксокомплексов катиона).

2. Вследствие малой растворимости соли концентрация ионов ОНили ионов Н+ определяется диссоциацией воды и рН равно 7. Эти допущения оправданы при условии, что Ka,n < 10−7 (K1OH > 107).

Уравнения для расчета растворимости малорастворимой соли МеА с учетом лишь протолиза катиона можно получить, вернувшись к реакции растворения (3.6). Для этой реакции равновесные концентрации продуктов растворения равны

[Me(OH)(n1)+] = [An] = [H+] = S.

С учетом этих концентраций константа равновесия реакции растворения, согласно ЗДМ, выразится в виде

К =[Me(OH)(n1)+ ] [An] [H+ ] = S 3 .

(3.8)

Тогда S = 3 K

и, согласно (3.7), S = 3 Ks K1ОНКw . В предполо-

жении, что [H+] = 107 M, из уравнения (3.8) вытекает более про-

стая зависимость:

К =107 S 2 , откуда S = K 107 .Учитывая при

этом выражение (3.7), получаем формулу для расчета растворимости соли МеА в условиях протолиза катиона:

S = Ks K1ОН 107 .

Аналогичным образом можно получить уравнение

S =

Ks 107

(3.9)

Ka,n

для расчета растворимости соли МеА с учетом протолиза аниона и уравнение

когда протолизу подвергается одновременно катион и анион соли.

Пример. Вычислить растворимость сульфида кадмия с учетом протолиза аниона, пренебрегая протолизом катиона (Ks,CdS = 1,6 1028).

Решение . Для реакции растворения сульфида кадмия

CdS + H2O Cd2+ + HS+ OH

90

Расчеты ионных равновесий

константа равновесия К = Ks Кw / K a,2 . Поскольку для сероводородной

кислоты Ка,2 = 1,2 1015 << 107, то, согласно (3.9), с достаточным приближением растворимость CdS равна

S =

Ks 10

7

1,6 1028 10

7

10

=

= 1,15 10

М.

Ка,2

1,2 1015

Без учета протолиза аниона

S = Ks = 1,6 1028 = 1,26 1014 M.

Как видно, протолиз приводит к существенному увеличению растворимости сульфида кадмия (на 4 порядка).

3.4. Растворение солей слабых кислот

вкислых средах

Ваналитической практике большое значение имеют расчеты, связанные с растворением малорастворимых солей в сильных и слабых кислотах. Рассмотрим решение подобных задач.

Растворение в сильных кислотах. Возьмем наиболее часто встречающийся случай, когда малорастворимое соединение являет-

ся солью типа Ме2+А2(сульфиды, карбонаты, оксалаты и др.). При этом обычно Ка,1 >> Ka,2 и процесс растворения идет только до образования кислой соли согласно реакциям:

МеА Ме2+ + А2

k1 = Ks

А2+ Н+ НА

k2 = 1/Ka,2

с

MeA + H+ Me2+ + HA

K = k1k2 = Ks/Ка,2

с

[R]

cS S

S

Константа суммарного равновесия

К =

S 2

=

Ks

.

c S

Ка,2

Решая полученное уравнение относительно S, находим молярную растворимость соли рассматриваемого типа.

Если все же Ка,1 и Ка,2 близки по величине друг к другу и достаточно малы, то процесс растворения соли происходит с вытеснением из нее свободной кислоты Н2А по схеме:

Глава 3. Равновесия в гетерогенных системах

91

МеА Ме2+ + А2

k1

= Ks

А2+ Н+ НА

k2

= 1/Ka,2

НА+ Н+ Н2А

k3

= 1/Ka,1

MeA + 2H+ Me2+ + H2A

(3.10)

сс

[R] c2S S S

Константа равновесия реакции растворения соли

S 2

Ks

К = k1k2k3 =

=

.

(с2S)2

Ка,1Ка,2

Если S << c, то с достаточным приближением молярная

Ks

растворимость осадка S = c

Ка,1Ка,2 .

Вслучаях, когда растворение соли слабой кислоты сопровожда-

ется образованием и выделением газа (СО2, Н2S), процесс растворения следует выражать реакцией (3.10). Если при этом вычислен-

ное значение [H2A] превышает уровень растворимости соответствующего газа в водной среде (S), то расчет следует повторить, принимая, что [H2A] = S.

Впрактической работе часто возникает вопрос, какую начальную концентрацию сильной кислоты (х, моль/л) нужно создать, чтобы в ее заданном объеме v л растворилось п моль малорастворимой соли. Рассмотрим решение задачи на примере равновесной

системы

MeA

+ 2H+

Me2+ +

H2A

с

2х

[R]

2x

2п

n

n

v

v

v

Константа равновесия реакции

n2

Ks

К =

=

.

2

2

n 2

Ка,1Ка,2

2

v

x

v

Из этого уравнения следует

92

Расчеты ионных равновесий

n

=

Ks

,

2(xv n)

Ка,1Ка,2

откуда

n

2 Ks

+

x =

Ка,1Ка,2

.

v

2

Ks

Как видно, в случае хорошо или среднерастворимой в воде соли ( 2 Ks >> Ка,1Ка,2 ) ее взаимодействие с сильной кислотой носит

практически необратимый характер, поскольку при этом величина х п/v. В остальных случаях в расчетах необходимо учитывать конкурирующее влияние слабой кислоты на растворимость соли в сильной кислоте.

Пример 1. Вычислить молярную растворимость карбоната бария в 0,1 М HCl (К = 2,4 108).

Решение . Так как К >>1, то следует ожидать хорошей растворимости соли. Поэтому за неизвестное примем остаточную концентрацию ионов Н+, а за равновесную концентрацию Н2СО3 молярную растворимость СО2 в воде, равную 0,038 М. Тогда равновесие реакции растворения соли выразится в виде

ВаСО3

+ 2Н+

Ва2+

+

Н2СО3

с

0,1

[R]

2x

(0,1– 2х)/2

0,038

Константа равновесия реакции

К =

(0,05х) 0,038

=

2,4 108. Пренебрегая

4х2

величиной х по сравнению с 0,05, находим х = 1,4 106 М. Следовательно, растворимость карбоната бария в 0,01 М HCl равна [Ba2+] 0,05 М.

Пример 2. Какую начальную концентрацию HCl нужно создать, чтобы в 1 л ее растворилось 5 103 моль СаС2О4?

Решение . Для щавелевой кислоты Ка,1 = 5,6 102 >>Ка,2 = 5,4 105, поэтому процесс растворения пойдет только до образования кислой соли

СаНС2О4. Составляем схему равновесия:

СаС2О4

+ Н+

Са2+

+ НС2О4

с

[R]

c5 103

5 103

5 103

Глава 3. Равновесия в гетерогенных системах

93

Константа равновесия реакции растворения соли

К =

(5 103 )2

=

Ks

=

2,3

109

= 4,26 10

5

,

с5 103

Ка,2

5,4

105

откуда находим концентрацию хлороводородной кислоты: с = 0,592 М. Константа К весьма мала, поэтому для растворения заданного количества соли требуется очень большой избыток HCl.

Растворение в слабых кислотах. При растворении солей сла-

бых кислот типа Ме2+А2в других слабых кислотах НХ нужно учитывать следующие реакции:

МеА Ме2+ + А2

k1 = Ks

2НХ + + 2Х

k2 = KHX2

A2+ H+ HA

k3

=1/Ka,2

HA+ H+ H2A

k4

= 1/Ka,1

MeA + 2HX Me2+ + H2A + 2X

Константа равновесия суммарной реакции

К = k k

k

k

=

Ks КН2Х

.

1

2

3

4

Ка,1Ка,2

Если Ка,1 >> Ka,2, то процесс растворения можно ограничить

суммой только первых трех реакций МеА + НХ Ме2+ + НА+ Х.

Константа равновесия суммарной реакцииК = Ks КНХ . В мо-

Ка,2

мент равновесия [Me2+] = [HA] = [X] = S и, согласно ЗДМ,

К =

S 3

=

Ks КНХ

,

(3.11)

c S

Ка,2

где с начальная концентрация кислоты НХ. Если S << c, то K°S3/c, откуда

Из выражения для константы К видно, что условием растворимости является выполнение соотношения КНХ > Ка,2, т.е. кислота, выступающая в качестве растворителя, должна быть сильнее ки-

94

Расчеты ионных равновесий

слоты, образующей соль МеА, и чем сильнее выражено данное неравенство, тем больше растворимость соли МеА в слабой кислоте.

Пример. Вычислить растворимость оксалата стронция в 0,1 М растворе уксусной кислоты.

Решение . Реакции растворения оксалата стронция

SrC2O4 + HAc Sr2+ + HC2O4+ Ac

отвечает, согласно (3.11), константа равновесия

S 3

1,6 107 1,74 10

5

К=

=

= 2 10−8.

cS

5,4 105

Так как 0,1/К >> 400, растворимость оксалата стронция можно рассчитать по формуле (3.12):

S = 3 2 108 0,1 = 1,26 103 M.

Если при растворении соли выделяется газ, то реакцию раство-

рения следует записывать в виде МеА + 2НХ Ме2+ + 2Х+ Н2А

и при расчете равновесия учитывать растворимость газа в водной среде.

3.5. Дробное (избирательное) осаждение

Если в растворе одновременно присутствуют несколько веществ, способных осадиться одним реагентом, то осадки будут выпадать по мере достижения произведения растворимости, т.е. сначала выпадет осадок той соли, растворимость которой меньше. Молярную растворимость соединения S рассчитывают из величины Ks по формуле (3.3). При одинаковом стехиометрическом составе соединений меньшей растворимости соединения отвечает и меньшая величина Ks. В случае малорастворимых соединений различного стехиометрического состава можно пользоваться правилом рядов произведений растворимости Н.А. Тананаева. Согласно этому правилу, избирательное выделение осадков общим ионом-осадителем происходит последовательно в порядке возрастания так называемого приведенного произведения растворимости.

Чтобы получить данную константу, обычное произведение растворимости надо возвести в степень, равную коэффициенту, с которым формула соединения входит в уравнение реакции с одинако-

Глава 3. Равновесия в гетерогенных системах

95

вым числом ионов осадителя. Например, реакции осаждения гидроксидов AgОН, Cd(ОН)2, Hg(ОН)2 и Al(ОН)3 нужно записать сле-

дующим образом: 6Ag+ + 6OH= 6AgOH; 3Cd2+ + 6OH= =°3Cd(OH)2; 3Hg2+ + 6OH= 3Hg(OH)2; 2Al3+ + 6OH= 2Al(OH)3.

Поэтому приведенные произведения растворимости (Ks ) примут вид

Ks,AgOH = Ks6,AgOH = (1,95 108)6 = 5,5 1047;

Ks,Cd(OH)2 = Ks3,Cd(OH)2 = (2,2 1014)3 = 1,1 1041;

Ks,Hg(OH)2 = Ks3,Hg(OH)2 = (3 1026)3 = 2,7 1077;

Ks,Al(OH)3 = Ks2,Al(OH)3 = (3,2 1034)2 = 3,3 1064.

Если эти величины расположить в порядке возрастания, то получится ряд

Ks,Hg(OH)2 < Ks,Al(OH)3 < Ks,AgOH < Ks,Cd(OH)2 ,

определяющий последовательность выделения осадков.

Зная исходные концентрации веществ и произведения растворимости, можно рассчитать как последовательность, так и полноту выделения осадков.

Пример 1. Какой осадок будет выпадать первым при добавлении 0,1 М раствора AgNO3 к 1 л раствора, содержащего по 0,1 моль KCl и K2CrO4? Вычислить остаточную концентрацию иона, выпадающего в осадок первым, к началу совместного осаждения ионов.

Решение. Первым будет выпадать осадок, произведение растворимости которого будет достигнуто при меньшей концентрации иона Ag+. Вычисляем, при каких концентрациях этого иона начинают осаждаться

AgCl и Ag2CrO4:

[Ag

+

]AgCl =

Ks,AgCl

=

1 1010

= 1 10

9

М ;

0,1

0,1

[Ag

+

]Ag

Ks,Ag2CrO4

4

10

12

5

М.

2

CrO

4

=

=

= 6,3 10

0,1

0,1

Как видно, первым будет выпадать осадок AgCl. Очередность выпадения осадков можно было бы установить и сопоставлением приведенных произведений растворимости. В самом деле, для системы реакций

96

Расчеты ионных равновесий

2Cl+ 2Ag+ 2AgCl;

CrO42+ 2Ag+ Ag2CrO4

величина

Ks,AgCl = Ks,2AgCl = (1 1010 )2 < Ks,Ag2CrO4 = 4 1012,

и, следовательно, осадок AgCl должен выпадать в первую очередь. Образование осадка Ag2CrO4 начнется тогда, когда концентрация хло-

рид-иона по мере выделения AgCl снизится и параллельно этому концентрация иона серебра увеличится настолько, что будет достигнуто произведение растворимости Ag2CrO4. При совместном выделении AgCl и Ag2CrO4 концентрация иона серебра равна

[Ag

+

] =

Ks,AgCl

=

Ks,Ag2CrO4

,

[Cl]

c(CrO42)

откуда

[Cl

] =

Ks,AgCl c(CrO42)

=

1 1010

0,1

= 1,6 10

5

М.

Ks,Ag2CrO4

4 1012

Следовательно, осаждение Ag2CrO4 начнется при концентрации хло- рид-иона, равной 1,6 105 М.

Следует отметить, что порядок, в котором осаждаются разные ионы, зависит не только от величин произведений растворимости, но и от исходных концентраций ионов. При определенных концентрационных соотношениях осаждаемых ионов порядок осаждения может быть изменен на обратный, т.е. соединение с большей растворимостью может выпадать первым.

Пример 2. К 100 мл 0,2 М раствора NaCl прилит равный объем 2 104 М раствора KBr. Какой галогенид-ион начнет выпадать в осадок первым при добавлении AgNO3?

Решение. В результате смешения растворов начальные концентрации галогенид-ионов станут сCl= 0,1 М; сBr= 1 10-4 М. Осаждение хло-

рид-иона начнется при величине

[Ag

+

]AgCl =

Ks,AgCl

1,8

10

10

9

М,

=

= 1,8 10

0,1

0,1

а бромид-иона при величине

Глава 3. Равновесия в гетерогенных системах

97

[Ag

+

]AgBr =

Ks,AgBr

=

5,3 10

13

= 5,3 10

9

М.

1 104

1 104

Так как[Ag+]AgCl < [Ag+ ]AgBr , первым начнет осаждаться AgCl, несмотря на его бóльшую растворимость по сравнению с AgBr.

3.6. Расчет кривых титрования

Подобно кривым кислотно-основного титрования кривые осадительного титрования показывают изменение отрицательного логарифма концентрации титруемого иона по мере прибавления рабочего раствора. Рассмотрим расчет таких кривых на примере титрования раствора хлорид-иона.

Предположим, что к v0 мл раствора Clc концентрацией с0 добавлено в какой-то момент титрования vt мл раствора Ag+ с концентрацией сt. При этом протекает реакция Cl+ Ag+ AgCl. Величину [Cl] в каждый момент титрования до достижения точки эквивалентности можно представить в виде суммы

[Cl] = [Cl]н + [Cl]ос,

(3.13)

где [Cl]н концентрация неосажденного хлорид-иона, а [Cl]ос концентрация хлорид-ионов, созданная в результате некоторой растворимости осадка AgCl.

Первый член правой части этого уравнения [Cl]н можно представить как число ммоль неосажденного хлорид-иона в 1 мл раствора. Поскольку ионы серебра осаждают эквивалентное количество хлоридионов, то это число равно разности между числом ммоль Clв начальной точке титрования (v = 0) и добавленным числом ммоль Ag+, т.е.

n(Cl) n(Ag+ )

c

v

0

c v

[Cl

]

н

=

=

0

t

.

(3.14)

v0

+v

v0 +v

Значение [Cl]ос можно найти, если учесть, что растворение осадка AgCl ведет к получению эквивалентных количеств ионов Ag+ и Cl, т.е. [Cl]ос = [Ag+], а равновесную концентрацию ионов Ag+ можно выра-

зитьизуравнениядляKs,AgCl: [Ag+] = Ks,AgCl/[Cl], т.е.

[Cl]ос = Ks,AgCl/[Cl]. (3.15)

Подставляявыражения(3.14) и(3.15) вуравнение(3.13), получаем

98

Расчеты ионных равновесий

c

v

0

c v

Ks,AgCl

[Cl

] =

0

t

+

.

(3.16)

v0 +v

[Cl]

Второй член в правой части этого уравнения, равный [Cl]ос, сопоставим по величине с первым членом, равным [Cl]н, только в непосредственной близости к точке эквивалентности; на остальных участках кривой титрования им можно пренебречь. Приводя уравнение (3.16) к каноническому виду, получаем уравнение второй степени относительно переменной [Cl]:

[Cl]2

c0v0 ct v

[Cl] Ks,AgCl =0..

(3.17)

v0 +v

Следовательно, вблизи точки эквивалентности величина [Cl] определяется корнем этого уравнения

[Cl] = c0v0 ct v

ctv

2

±

c0v0

+ Ks,AgCl , (3.18)

2(v0 +v)

2(v0 +v)

причем выбирается корень с положительным значением радикала дискриминанта. На других участках кривой титрования величину [Cl] целесообразно рассчитывать с помощью упрощенного урав-

нения (3.14).

В точке эквивалентности величина [Cl] определяется из выражения для Ks,AgCl, так как в этот момент титрования [Ag+] = [Cl] =

=Ks,AgCl . После точки эквивалентности, когда в растворе появ-

ляется избыток ионов Ag+, их концентрация определяется выражением, аналогичным уравнению (3.14):

+

c

v c v

Ks,AgCl

[Ag

] =

t

0 0

+

.

(3.19)

v0 +v

[Ag+ ]

Заменяя в этом уравнении величину [Ag+] на выражение

Ks,AgCl/[Cl] и решая его относительно [Cl], приходим к уравнению (3.18), в котором теперь радикал дискриминанта необходимо брать с

отрицательным знаком. Следовательно, уравнение (3.17) описывает полную кривую титрования. Один из его корней отвечает ветви кривой до точки эквивалентности, а другой – после нее. Оно же определяет и величину [Cl] в точке эквивалентности, в которой c0v0 = ctv.

Глава 3. Равновесия в гетерогенных системах

99

При значительном избытке титранта практически целесообразно рассчитать сначала концентрацию ионов серебра по уравнению (3.19), пренебрегая в нем последним членом, и перейти затем к концентрации

хлорид-ионов с помощью выражения для Ks,AgCl. Данные по расчету конкретной кривой аргентометрического титрования хлорид-иона

приведены в табл. 3 ипредставлены графически нарис. 4.

Объем титранта v, отвечающий началу образования осадка типа АВ, находят из уравнения

vc0+v0vvсt+vv= Ks ,

0 0

а степень оттитрованности τ в точке перегиба кривой титрования vinf рассчитывают по уравнению

τinf

= vinf

=

(3с0 сt )ct2 16Ks сt + ct (c0 +ct ) ct2 32Ks .

ve

с0 (16Ks + 4сt2 )

Таблица 3

Параметры титрования 25 мл раствора 0,1 М NaCl

раствором 0,1 М AgNO3 (Ks,AgCl = 1,78 1010)

v, мл

сtv,

v0 + v,

[Cl]н,

[Cl],

pCl

ммоль

мл

ммоль/мл

ммоль/мл

0

0

25,00

0,1

0,1

1,00

10,00

1,00

35,00

4,28 102

4,28 102

1,37

20,00

2,00

45,00

1,11 102

1,11 102

1,95

24,00

2,40

49,00

2,04 103

2,04 103

2,69

24,90

2,49

49,90

2,00 104

2,00 104

3,70

24,99

2,499

49,99

2,00 105

2,89 105

4,54

25,00

2,50

50,00

1,33 105

4,88

25,01

2,501

50,01

6,16 106

5,21

25,10

2,51

50,10

8,90 107

6,05

26,00

2,60

51,00

9,08 108

7,04

30,00

3,00

55,00

1,96 108

7,71

40,00

4,00

65,00

7,71 109

8,11

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

    Снижение содержания солей в нефти позволяет резко уменьшить подачу на АВТ соды и щелочи, а для западно-сибирских нефтей — прекратить их подачу полностью. Это даст возможность значительно снизить концентрацию остаточной щелочи и солей в гудронах— сырье для установок термического крекинга и коксования, что, в свою очередь, приведет к уменьшению отложений кокса в печных трубах установок термокрекинга и замедленного коксования. [c.199]

    Процесс осуществляют в трубчатом реакторе. С целью снижения концентрации остаточного метана в получаемом газе реакционную зону делят на две секции. Первую (по ходу газа) заполняют катализатором, имеющим меньшую активность по сравнению с катализатором, загруженным во вторую секцию. Разница в в активности катализаторов достигается тем, что во второй секции катализатор имеет большую удельную поверхность и меньшие размеры гранул (не менее, чем на 60% по сравнению с размерами гранул первой секции) [c.96]

    С увеличением степени сжатия е повышаются давление и температура горючей смеси к моменту подачи искры и уменьшается концентрация остаточных газов, что создает более благоприятные условия для воспламенения. При этом сокращается длительность начальной фазы сгорания, расширяются пределы возможного обеднения смеси. Повышение е способствует также увеличению скорости сгорания в основной фазе, но одновременно за счет увели- [c.150]

    Полнота использования азотной кислоты в этом процессе зависит от эффективности испарения, конденсации и рециркуляции реагентов. Если применяют нитрующие смеси, то практически используется вся азотная кислота. Общая концентрация остаточных кислот не должна быть ниже 76%, так как при более низкой их концентрации интенсивно протекает коррозия стальной аппаратуры. [c.305]

    В процессе эксплуатации подобных аппаратов система автоматического контроля следит за концентрацией инертного газа или концентрацией остаточного кислорода в смеси, исключая возможность образования недопустимых концентраций смеси. [c.79]

    Значение т[ определяется при подстановке С в левую часть формулы (17). Концентрация остаточного кокса после второго цикла регенерации будет  [c.77]

    Чем больше концентрация остаточного кокса, тем меньше кокса откладывается при крекинге. С другой стороны, в соответствии с уравнением (18), степень регенерации не зависит от первоначального содержания кокса. Чем больше закоксован катализатор, тем больше кокса удаляется за одно и то же время регенерации. При некотором содержании остаточного кокса должно установиться равенство между приростом кокса при крекинге и выжигом его при регенерации. При установившемся состоянии  [c.77]

    Это уравнение позволяет определить величину т, концентрацию кокса после цикла крекинга С и концентрацию остаточного кокса Сост, при установившемся состоянии. [c.77]

    Скорость распада озона возрастает с увеличением солесодержания, значений pH и температуры воды. При повышении температуры с 1 до 20 °С скорость распада озона возрастает в 22 раза, а при повышении pH воды с 7,6 до 9,2—в 15 раз. В технологической схеме температуру воды перед озонированием следует принимать около 25°С. Тип озонаторной установки и расход озона определяются из дозы озона 5 мг на 1 л обрабатываемой воды. Концентрация остаточного озона в воде 0,2— 0,5 мг/л. Озон предпочтительнее синтезировать из кислорода, доставляемого в баллонах. Объем контактной камеры для смешения озона с водой рассчитывают исходя из продолжительности контакта 20 мин и глубины слоя воды в камере 4—4,5 м. Озонаторную установку следует полностью автоматизировать. Элементы установки, контактирующие с озоном или с его водными растворами, должны быть изготовлены из устойчивых противокоррозионных материалов — нержавеющей стали, алюминия или пластических масс. [c.239]

    По этому уравнению найдем величину (1—р) и определим концентрацию остаточного кокса после первого цикла регенерации. [c.78]

    В случае рассмотрения второго цикла регенерации необходимо учитывать, что кинетическое уравнение (21) справедливо при равномерном распределении кокса по частице. Поскольку после второго цикла крекинга концентрация кокса в центральной и периферийной частях различна, при расчете регенерации следует исходить из концентрации кокса Сь пока горение не достигнет центральной части с концентрацией кокса Сг. Величина р при этом означает долю регенерированного объема частицы катализатора, а не степени регенерации. Во втором цикле регенерации доля регенерированного объема оказывается равной величине р, полученной после первой регенерации, так как при неизменной длительности регенерации и закоксованности периферийной зоны фронт горения успевает продвинуться на ту же величину. При этом сгорает то же количество кокса, что и при первом цикле. Концентрация остаточного кокса после второго цикла регенерации будет  [c.78]

    Очистка растворителя. Абсолютированный этанол обрабатывался металлическим магнием, предварительно активированным иодом, затем производилась фракционная перегонка. Концентрация остаточной воды составляла приблизительно 0,01 М. [c.39]

    Это уравнение позволяет находить концентрацию остаточного кокса в зависимости от числа последовательных циклов закоксо-вывания и регенерации. Из него следует, что концентрация остаточного кокса может быть как угодно велика. Фактически после заполнения всего свободного объема пор (достижения предельной концентрации кокса Сцр) в центральной части, т. е. в нерегенерируемой зоне частицы катализатора, дальнейшее коксоотложение [c.78]

    Об активности поглотительного раствора судят по концентрации в нем активного мышьяка (АзгОзд ,.), определяемого как разность между содержанием остаточного мышьяка (АзаОзост) и кислородного (ЛзгОз ). Остаточный мышьяк представляет собой соли мышьяковой и мышьяковистой кислот и относительно устойчивые однозамещенные натрием соли окситиомышьяковых кислот с малым содержанием серы. Концентрация остаточного мышьяка уменьшается по мере насыщения раствора сероводородом. В полностью насыщенном растворе остаточный мышьяк отсутствует. [c.25]

    При внутридиффузионном механизме остаточный кокс накапливается только в центре частицы катализатора. Количество образующегося кокса от цикла к циклу уменьшается, а количество выгорающего кокса остается неизменным. Постоянная концентрация остаточного кокса устанавливается тогда, когда в центре частицы будет достигнута предельная концентрация кокса. [c.79]

    Было рассчитано количество остаточного кокса в частицах свежего катализатора активностью 36 пунктов, если их добавлять в систему установок, имеющих равновесные катализаторы активностью от 29 до 36 пунктов. Принималось, что во всех случаях равновесный катализатор в реакторе закоксовывается до 1,8%, а в регенераторе он полностью регенерируется. Расчеты показали, что с увеличением разницы в активностях смешиваемых катализаторов концентрация остаточного кокса на свежих частицах сильно возрастает, особенно в случае переработки тяжелого сырья (рис. 40). [c.88]

    Методы получения эпитаксиальных пленок. Требования, которые предъявляются полупроводниковой техникой к эпитаксиальным структурам, касаются основных параметров пленок 1) концентрации остаточных неконтролируемых примесей, присутствующих во время роста пленки в газовой фазе 2) концентрации легирующей примеси, [c.140]

    При почечной ретенционной азотемии концентрация остаточного азота в крови увеличивается вследствие ослабления очистительной (экскреторной) функции почек. Резкое повышение содержания остаточного азота происходит в основном за счет мочевины. В этих случаях на долю азота мочевины приходится 90% небелкового азота крови вместо 50% в норме. Внепочечная ретенционная азотемия может возникнуть в результате тяжелой недостаточности кровообращения, снижения артериального давления и уменьшения почечного кровотока. Нередко внепочечная ретенционная азотемия является результатом наличия препятствия оттоку мочи после ее образования в почке. [c.581]

    Температура кипении, «С Концентрации остаточного раствора. вес. % Концентрация дестил-лата, вес. Температура КИ пения, Кои центр а-цнн остаточного раствора, вес. /п Ко к цеи грация дестил-лата, всс. % [c.210]

    С 1981 г. Опытный завод аналитических приборов (г. Гори, Грузинской ССР) выпускает электрохимический анализатор остаточного хлора в воде АХС-203, разработанный НПО Аналитприбор (Тбилиси) по техническому заданию, согласованному с ВНИИ ВОДГЕО. Нижняя граница измерения концентрации остаточного хлора в очищенной воде 0,1—0,2 мг на 1 л. [c.233]

    Приведем пример выполнения такого рода операций. При определении зависимости от времени снижения концентрации остаточных количеств защитного средства для растений в обработанном этим средством растении получены следующие результаты (л , — время, г/, = Сг — концентрация защитного средства в растениях)  [c.53]

    Допустим, что бинарная парообразная смесь, имея концентрацию низкокипящего компонента г/ и температуру насыщения 4, подвергается однократной частичной конденсации путем ее охлаждения до температуры 4- При этом количество пара уменьшается от кмоль до 2 кмоль, концентрация остаточного пара повысится до г/2, а образовавшийся конденсат будет иметь равновесную концентрацию х<1. Из уравнения материального баланса по низко-кипящему компоненту смеси -Ь — О ) полу- [c.508]

    Переходный режим регенерации наблюдается, когда скорость окисления кокса и диффузия кислорда в порах соизмеримы. Скорость регенерации определяется как кинетическими, так и диффузионными факторами. При этом условно можно считать, что на некоторой доле объема частицы а накапливается остаточный кокс по кинетическому механизму, а на доле объема (1—а) — по внут-ридиффузионному механизму. Концентрация остаточного кокса для этих областей определяется описанным выше способом. Степень регенерации определяется по уравнениям для переходного режима регенерации [93]. Приведем основные характерные особенности рассмотренных механизмов накопления остаточного кокса (рис. [c.79]

    При оценке предельной концентрации остаточного кокса в равновесном катализаторе обнаружили, что в центре частиц она равна 25,6%. Эта концентрация близка к предельной, хотя и несколько занижена, так как остаточный кокс у части шариков оказался заплавленным. [c.81]

    Растрескивание металла трубопроводов вследствие водородного охрупчивания зарождается на участках стали с твердой мартенситной структурой, обычно в местах концентрации остаточных напряжений, возникающих при изготовлении труб. Как правило, коррозионное растрескивание кольцевых швов трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, связано с непроваром в корне шва или внутренним подрезом. Любая прерывистость в корне шва может явиться причиной коррозионного растрескивания, при этом скорость распространения трещин в процессе эксплуатации газопроводов сернистого газа определяется глубиной и радиусом поверхностного дефекта в вершине сварного соединения [19]. Исследования коррозионных повреждений трубопроводов, изготовленных из стали марки 17Г2С и транспортирующих газ с примесью сероводорода (до 2%), показали, что общим для всех случаев разрушения сварных соединений является зарождение трещин [c.17]

    При малых дозах концентрация остаточного хлора равна нулю. С увеличением ее начинает появляться остаточный хлор, причем с некоторых величин он становится ирямо пропорциональным концентрации вводимого хлора за вычетом посто-яиггой а. Переход кривой в прямую указывает, что все процессы окисления, которые могут протекать иод действием хлора, закончены. Продолжение этой прямой до пересечения с осью абсцисс дает на последней отрезок ОА, соответствующий полной хлороемкости, или хлоропоглощаемости, воды. [c.154]

    Автоматический потенциометрический концеит-ратомер АПК-01 Опытный завод инсг. ПСА (г, Тбилиси) Для измерения концентрации остаточного хлора и регулирования процесса хлорирования 0 1 1 мг/л (С1з) 0 1 3 мг/л (С 1а) Температура воды 2— 25″ С  [c.254]

    Кроме того, спектрофотометрически можно определять содержание остаточного мономера в полимерах [5]. Содержание остаточного стирола в дивинилстирольных латексах в некоторых случаях по техническим условиям не должно превышать 0,1 вес.%. Такие низкие концентрации остаточного стирола с достаточной точностью и надежностью могут быть определены только спектрофотометрически. Методика основана на отгонке свободного стирола из латекса в виде азеотропа с метиловым спиртом с последующим определением в нем стирола по полосе поглощения с максимумом при 282 ммк (рис. 6) [6]. [c.7]

    Содержание биомассы, г/л Концентрация .-лизина монохлори-да, г/л Концентрация остаточных сахаров, % pH среды Коэффициент разбавления, ч Интенсивность аэрации, г Оа/Сл ч) 9,0 + 0,7 5,4 0,5 5,6 0,5 7,4 0,1 0,15 4 15,4 0,7 15,1 + 1,1 3,0 + 0,3 7,9 + 0,1 0,10 2 13,7+1,1 24,7 + 2,3 1.1+0,3 7.1 0.1 0.08 2 [c.163]

    Впервые активированный уголь для очистки фенолсодержащ сточных вод был применен в Германии еще в 1932 г. Однако, г смотря на высокую степень обесфеноливания (- 9970), по-вил мому, в результате быстрой дезактивации сорбента установка р ботала непродолжительное время [2]. В дальнейшем адсорбцио ный метод начали применять в других странах в основном д доочистки стоков после пароциркуляционных, феносольванных бензольных установок. При этом срок работы сорбента существе но увеличился. Регенерация сорбента может быть проведена вс ным раствором щелочи, бензолом или другим подходящим растЕ рителем, однако в виду низкой концентрации остаточных фенол в сточной воде их утилизация при адсорбционной доочистке сп новится нерентабельной. Поэтому предпочитают применять бол дешевую термическую регенерацию активированного угля деструкцией сорбированных фенолов или использовать бол [c.353]

    Сахар Вино, виноматериалы, коньяки Методика Количественный химтеский анализ вина, виноматериалов, коньяков, продуктов переработки винограда на содержание массовой концентрации инвертного сахара и сухих виноградных вин на содержание массовой концентрации остаточного сахара потенциометрическим мето-дом . МУ 08-47/081 по реестру метрологической службы ГСЭН РФ  [c.832]


Остаточная концентрация — примесь

Cтраница 1

Остаточная концентрация примесей в растворе довольно плавно изменяется с уменьшением соотношения Sb: Me ( рис. 5), и изотермы сорбции ( рис. 1, 2) не имеют резких изломов, вероятно, это можно объяснить образованием непрерывного ряда твердых растворов.
 [1]

Результаты расчетов теоретической остаточной концентрации примеси железа после гидролитической очистки при 20 С приведены ниже.
 [2]

Кроме того, корректность расчета равновесных остаточных концентраций примеси в растворе подкрепляется данными работы [7] о том, что образующиеся твердые фазы не являются основными солями, а представляют собой гидроксиды металлов.
 [3]

Как было установлено в результате проведенных анализов, остаточная концентрация примеси Zr в 40 % — ных растворах LiIO3 была с5 — 10 — 5 %, что соответствует пределу обнаружения Zr люминесцентным методом анализа.
 [4]

Концентрации неопределяемой кремнекислоты и других коллоидно-растворенных примесей в обессоленной воде часто превышают остаточные концентрации ионизированных примесей.
 [5]

При проектировании и эксплуатации СВО, концентрирующих различные радионуклиды, предусматривается наличие биологической защиты, выполнение требований к минимизации объема высокоактивных сбросов собственных нужд и остаточной концентрации примесей, возможность проведения периодической дезактивации оборудования и радиоактивных газовых сдувок.
 [7]

Размещенный на нулевой отметке скруббер имеет насадку из деревянных решеток, распределители воды и водоуловитель. Исследования показали, что остаточная концентрация примеси, в основном, обусловлена брызгоуносом. Чтобы найти эффективные средства снижения брызгоуноса, была создана пилотная установка. При этом полагали, что влагоотделитель в виде проволочной сетки неэффективен, а волокнистый слой требует слишком высокого перепада давления. После серии испытаний в качестве одного из лучших материалов для влагоотделителя был выбран новый материал — пористая вспененная смола. При использовании этого материала мельчайшие капли укрупняются в порах, а крупные капли под действием сил гравитации удаляются с поверхности фильтра. Одновременно, пыль, не уловленная в оросительной зоне, растворяется в соединившихся каплях. Как показали испытания, эффективность принятой системы обеспыливания существенно зависит от степени смачивания поверхности фильтра водой. Если вынос влаги из оросительного отделения недостаточен, фильтрующая поверхность постепенно высыхает и в результате частичного забивания пор увеличивается сопротивление фильтра. Если же влажность воздуха чрезмерна, наблюдается повторный захват капель с поверхности фильтра, что также приводит к снижению степени очистки. Результаты опытов на пилотной установке были использованы для усовершенствования упомянутого пылеулавливающего скруббера.
 [9]

Выбор химической реакции для реализации каталитического процесса газоочистки должен основываться на требованиях, предъявляемых к содержанию обезвреживаемых примесей в конвертированном газовом потоке. Максимально возможная степень превращения и, следовательно, минимальная достижимая остаточная концентрация обезвреживаемой примеси лимитируются условиями равновесия соответствующей реакции.
 [10]

Показано, что максимальный эффект очистки наблюдается при более высоких рН, нежели рН осаждения соответствующих гидроксидов. С учетом соотношений, связывающих величины рН равновесных растворов, ионную силу, активных концентраций ионов металлов и других, получены значения остаточных концентраций примесей, которые сопоставлены с экспериментальными данными. Изучен процесс глубокого обезвоживания перхлората лития. Отмечено, что эффект дегидратации одинаков для обезвоживания в вакууме и при атмосферном давлении.
 [11]

Массовое соотношение шлака и раствора составляло 1: 1000, время перемешивания 30 мин. Опыты по многократному использованию сорбента показали, что одна и та же порция его может быть использована в среднем 3 — 6 раз, после чего остаточная концентрация примесей в растворе начинает увеличиваться. Емкость шлака по ионам цветных металлов составляет согласно [60] до 4 — 8 % массы шлака.
 [12]

Как видно из данных табл. 2, при исходных концентрациях примеси меди от 1 6 Ю 4 % до 1 10 — 2 % по отношению к Co ( NO3) — 2 6Н2О при 20 С коэффициент очистки раствора составляет около 100 при перемешивании в течение 10 минут. Принимая во внимание изоморфный ( вернее, изодиморфный) характер соосаждения примеси меди с гидратом закиси кобальта, можно ожидать столь же высокой кратности очистки при дальнейшем повторном осаждении очищенного раствора таким же количеством аммиака и получить остаточную концентрацию примеси меди порядка 10 — 8 % и ниже.
 [13]

Окончание рабочего цикла фильтра совместного Н — ОН-ионирования устанавливается на основе данных о качестве получаемого фильтрата. Рабочий цикл считается законченным, когда качество фильтрата по кремне-или солесодержанию приближается к предельно допустимым значениям. Провести регенерацию смешанного слоя кислотой и щелочью без предварительного отделения катионита от анионита невозможно, поэтому первой и обязательной при регенерации является операция разделения смешанной шихты. Поскольку от полноты разделения регенерируемых ионитов зависят остаточные концентрации примесей в фильтрате и значения используемых обменных емкостей ионитов, необходимо добиваться наилучшего эффекта разделения смеси ионитов перед их регенерацией.
 [14]

Отвешивают компоненты в большую алундовую ступку. При этом платину отвешивают первой и на нее насыпают навески всех остальных элементов. Ступку ставят внутрь герметической камеры, атмосфера которой не содержит пыли, и растирают смесь вручную не менее 2 час. Затем готовят пять эталонов-добавок, разбавляя порции головного эталона просеянной платиновой губкой. Концентрации этих добавок приведены ниже; они составляют половину предполагаемой остаточной концентрации примесей в платине, затем равную ей, удовоенную и учетверенную.
 [15]

Страницы:  

   1

Автореферат диссертации
на тему «Метод остаточных концентраций и физико-химические процессы в многокомпонентных гетерогенных аквасистемах»

Гч. СТ.

г— С

О

ос;

О =гг

На правах рукописи

Бересяев Эдуард Николаевич

МЕТОД ОСТАТОЧНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ И 5ИЗИК0-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ АКВАСИСТЕМАХ

02.00.01 — кеоргакичеокая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

Москва — I937

Работа выполнена в Институте общей им. Н.С.Курнакова РАН

и неорганической химии

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Чудинова H.H.

доктор химических наук, профессор Комиссарова Л.Н.

доктор химических наук, профессор Яшкичев Б.И.

Ведущая организация: Московская государственная академия тонкой химической технологии им. Б.И.Ломоносова

Защита состоится 9 декабря 1997 г. в 10 часов

на заседании диссертационного совета Д 002.37.01

при Институте общей и неорганической химии им. Н.С.Курнакова

Российской Академии наук по адресу:

117907, ГСП-1, Москва, В—71, Ленинский проспект, 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЙОНХ РАН

Автореферат разослан б ноября 1997 г. Ученый секретарь

диссертационного совета, кандидат химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Акт^альность_темы. В аналитической и неорганической химии, в процессах получения новых веществ и материалов реакции осаждения из водных растворов играют важную роль. Эти реакции, происходящие в многокомпонентных гетерогенных аквасистемах, подробно исследовали Й.В.Гаяанаев с сотрудниками (см., например, [I]) с использованием метода остаточных концентраций (ОК.) и других методов физико-химического анализа.

Метод ОК состоит в определении концентраций ионов осаждаемого металла и осадктеля (гидроксила или кислотного остатка) в жидкой фазе гетерогенной системы (остаточных концентраций) и вычислении их количества в твердой фазе по разности между исходными концентрациями этих ионов в системе и их остаточными концентрациями. Посла расчета отношений ионов в твердой фазе и в сочетании с результата?® измерения физико-химических свойств системы (рН жидкой фазы, Електропроводности и др.) определяется состав твердой фазы (без учета гидрагной воды). Метод ОК получил широкое распространение благодаря его информативности и простоте исполнения.

Однако, традиционные варианты интерпретации результатов изучения многокомпонентных (более трех компонентов) гетерогенных систем не применимы к описанию систем, осложненных реакциями гидролиза, соосаждения и друтими сопутствующими реакциями. В частности, при ‘ изучении реакций осаждения, сопровождающихся гидролизом, не проводились расчеты (даже при наличии результатов измерения рН), содержания ионов гидроксила и водорода в твердой фазе; не определялась такая важная характеристика соединений, как произведение растворимости (Пр); в случае осаждения фаз переменного состава не устанавливалось, являются ли они твердым

раствором или механической смесью соединений. Как правило, не рассчитывались константы устойчивости комплексов, образующихся в кидкой фазе гетерогенной системы.

Отсюда следует, что известные традиционные подходы к интерпретации результатов изучения многокомпонентных аквасистем не дают достаточно полного и всестороннего представления о процессах, происходящих в этих системах, о механизмах взаимодействия компонентов, а в ряде случаев, достоверных сведений о составе твердых фаз. Поэтому включение в метод ОК новых положений является ванной научной задачей, решение которой позволяет существенно расширить знания о природе взаимодействия компонентов в исследуемых системах.

Работа выполнялась в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ ШНХ им. Н.С.Курнакова РАН по теме 2 Л7.1.Г. «Разработка методов получения, исследования структуры и физико-химических свойств простых и комплексных соединений редкоземельных металлов с гетероциклическими, кластерными и оксоанионами» (1 государственной регистрации 01.87.0088353).

11§ль_работы. Развитие метода ОК в применении к исследованию гетерогенных аквасястем, в которых происходят процессы гидролиза, соосаждения и растворения образовавшихся соединений, введением в метод ОК следующих основных положений:

— определение содержания ионов водорода, гидроксила в твердой фазе в соответствии с принципами метода ОК;

— вычисление Пр соединений и использование Пр и других констант гетерогенного равновесия, позволяющих дать заключение об образовании твердого раствора или механической смеси соединений при их соосаждонии;

•■ определение констант устойчивости комплексов, образующихся в жидкой фазе гетерогенной системы при растворении выпавшего соединения в избытке осадителя, и их применение при расчетах равновесий в гетерогенных системах.

Основные ^аучние_результаш_и__пдлокещя

1. Установление баланса ионов водорода и гидроксила в гидролизуювдхся гетерогенных системах, разработка способов расчета на этой основе содержания ионов Н4(0Н~) в твердых фазах в соответствии с принципами метода ОК и с использованием результатов измерений pli, известных констант диссоциации кислот, констант гидролиза ионов поливалентного металла и ионного произведения воды.

2. Подход к результатам изучения систем методом остаточных концентраций как источнику данных для расчета Пр и других характеристик соединений; применение Пр и констант гетерогенного равновесия для идентификации фаз переменного состава как твердых растворов или как механической смеси соединений.

3. Разработка алгоритма расчета констант устойчивости комплексов в жидкой фазе по данным метода ОК с использованием математического аппарата метода растворимости и проверка правильности полученных констант сравнением экспериментальных и рассчитанных остаточных концентраций.

4. Определение систематических ошибок метода ОК и расчет содержания вода в твердых фазах.

Практическая_значимостъ_работы состоит в расширении возможностей метода ОК, дополнением его новыми положениями, позволяющими более полно описывать процессы в гетерогенных аквасистемах аналитического,технологического и материаловедческого приложений.

Апробация, работы. По теме диссертации опубликовано 30 статей», книга «ФосФаты четырехвалентных элементов» и одно авторское свидетельство в соавторство и издана книга «Метод остаточных концентраций». Огагошыа результаты докладывались на III Всесоюзном совещании по фосфатам (Рига,1971 г.), IV Всесоюзной конференции «Физико-химическое исследование фосфатов» (Минск,1976 г.), V Всесоюзной конференции «Фосфаты-81» (Ленинград, 1981 г.), VI Всесоюзной конференции «Фосфаты ЧЧ» (Алма-Ата, 1984 г.), Всесоюзной конференции «Фосфаты—87» (Ташкент, 1987 г.), Всесоюзной конференции по истории и методологии химии (Москва, 1990 г.), Всесоюзной конференции «Оксид циркония» (Звенигород, 1991 г.).

Структура и …объем диссертации. Диссертация состоит из вводспия, пяти глав, содержащих литературные данные и результаты исследования, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Текст диссертации изложен на 2.87 страницах, содержит 69 таблиц и 28 рисунков. Список .литературы включает 144 наименования.

Первая глава диссертации представляет собой обзор литературы, в котором выполнен критический анализ результатов исследования приблизительно 100 систем. Их совокупность позволяет представить все разнообразие исследованных • систем. Наиболее характерные системы, из которых часть изучена нами, а результаты исследования остальных использованы нами для расчетов, представлены в таблице I. На их примерах дано изложение принципов метода 0К и введены необходимые обозначения.

Далее в главо раскрываются имеющиеся в литературе варианты решения части тех проблем, которые обозначены как цели работы или как положения, выносимые на защиту.

Таблица I

Некоторые многокомпонентные гетерогенные системы, изучавшиеся методом ОК.

■ ^ ~ » ■

‘: Система : Исходные данные, анализировавшиеся

параметры

I : 2 : 3

1 Ш2 (Ш3 )2-Ыа2НР04-Н20

„о

ж

„ОС

Ж

Сц0 =0,025, г=25°с, т = 6 ч

пОС

«РО,

ТЬ(Ш3)4-ИаЬ-Н20

ОН

о-

Ъ =

С°=0.02 , t=20oC, г=р

3 РеС13-К4Ре(СН)6-Н20 с£е + С° =0,1, t=Л,20oC, 1=1 д

пОС „ос пос

Ре^ Ре(СИ)64′ Ре(С10£

4 РЬХ2-Вр-АТО4-Н2° Х=Ш3, 010″, 01″ °РЪ + СР04= °’25’ 1=р г=2о°с,

В= На, К, ИН4 „ОС „ос „ж иРЬ °Р04′ 4-1 ‘ рН, Й.

5 М(Ш3)3-Н6Ь-К0Н-Н20 Со=0(01> т =30 с

-а-р-сн2-н ча- .

о-

М3+ = У (С^ > О); 1а, Рг, Ш, Зга-Ой, Бу, Но, Ег. Го (С°гт = 0)

ZrOCl^-WaOH-B.,0 С? =0,25, t=25°ü, t = 24

с. с. Ы

°Zr’ Ccï- С0Н’ Vk

M013-Na3L-HnO

M3+= Ъа

3+

Cr

,3+

L =

V

о!У Ъ»

Mo-

H

-о’

Gba=0’05, t=20°c’ т=24 4 (Р)

,0С

,ос

8 Al2(S04)3-IipL-K20

САГ0’1175′ t=A’20°0> Д

„ос „ос „ос Al * Ч ‘ Li

pH

9 А1С13-ггОС12-В0Б-Н2О В+ =HgH5, H3N02H40H

°A1 + clv=°’05rO,12; t=25

50, 75°С; t= 1 о

„ос „ос „ос н °А1′ 4)1′ рй

10 Сг(Ш3)3-КНЬ-КС1-Н20

№ L= -0-p^n

I О

Cqp=0,02; С°С1=0,05;

í=2-5°C, 1= 3 Д „ос

‘Cr

0?С . PH

11 Pb(N03)2-M(N03)2— H2S04 — hgo Cpb=o.i; t=25°C , cso4=° 1 = 10 ,025, мин

M2+=Sr , Ba Ooc CM

12 Th(N03)4-Nap_kHkI-H20 (L=?oJ~, k=0,1,2,3; L=P20^~, k=0 0^=0,002 „ос „ос ; 0,02; , pH, 4 t=25°0; г=3-30 д, эс

1 : Я : з

13 SmCl^-Li,Pe(CN)A-Ho0 J н Ос C°m=0,025; t=25°0, , С?9 , pH, зе Sm ы

14 M(N03)3- H0L-H20 0^=0,01; t=25°C, 1=30 о

«0>41 ur ruV°» C0C C0C vV

-Q ^»¿»«Ц

«П г г11ч0-

0 ü

M3+=La, Рг, М, Sra-Gd, Dy, Но, Er, Yb

15 МХ3- Iia3_kHkX-H20 Cy=0,025, t=25°, t = б 4

M=La3+, X=M3; Ii=Gd3f, CpQ , pH, SC

X=C1~ ;

16 SrHP04-BaHP04-H20 Cg° ,

Системы под соответствующими номерами (в скобках) взяты из работ: Тананаев И.В., Родичева Г.В.. Атомная энергия. 1963. т.14, с.395 (№ 1); Коваленко К.Н., Казаченко Д.В. X. неорган, химии. 1965. Т.10, № 4, С. 927 (Jf 2); Müller е., Slar,isch Th. J. PmcL. chsm. ipoc. Bd s>,Heft э, s ei <J{ э >; Гтоннер Э.А., Архипенхо Б.П. Ж. неорган. химки. 1971. т.16, № б, с. 1596. Голощапов Н.Б., Горгашин Ю.Г. в кн. : «Физико-химическое исследование фосфатов». Четвертая Всесоюзная конференция. Минск. 1976. с. 78 (Ч. 4); Ререшкн P.C., Кузнецова O.E. Коорд. химия. 1979, т.5, $ 11, с.1639, Терешин Г.С., Харитонова Л.К., Кузнецова O.E. Коорд. химия, 1979, т.5, И 9, с.1283 (Ji 5, m4+=v); Тананаев И.В., Бокмелдер М.Я. Ж. неорган. химии. 1958, т.З, № 6, С.1Н72 (Jf 6); Розанов И.Л., Бердников В.Р., Тананаев И.В., Чельцоз П.Л. докл. АН

СССР. 1971. т. 201, № 4. с.872 (Je 7, м»* = Lai; Безруков И.Я., Романцев С.Ю., Спиридонов В. Я. ‘Л. неорган, химии. 1S77, т.22, Jf 2, с.243 (№ 8); Тог Б., Громов Б.В, Тр. МХ1И им. Д.И.Менделеева, 1S66, т.51, с.£43, (К 11); Тананаев И.В., Шевченко Г.В. К. неоргак. химии. 1965,г.10, Jf 2, с.414 (Ji 13): Тананаен И.В., Васильева В.П. Ж. неорган. хи кии, 1963, г ,8, № 5, о. 1070; Легушгова С.М., Тананаев И.В., X.неорган. химии. 1963, т.8, Ji 5, с. 1064 (Ji 15); Слицын В.И., Михеев Н.Б., Херман А; Радиохимия, т. 11, Ji б, с. 621 (Ji 16). Остальные систены исследованы нами.

Большинство из исследованных систем содержит три составные части: растворимую соль осаждаемого поливалентного металла, растворимое 1 соединение осадителя (основание, кислоту или ее растворимую соль различной степени замещения) и воду. Тип систем может быть представлен в виде MXg — вон — н2о (г), M(OH)tx — ВОН—н2о (II), MXq — н х — н2о (III), жхч — врь — н2о (IV) и в более общем виде M(OH)LXq_l_ -Bp_jjHkL — Н2о (V). Есть системы (табл. I), образованные четырьмя и большим числом составных частей, в которых исследовалось с-оосаждение ионов поливалентных металлов. В качестве соли (средней или основной) осаждаемого металла (М) используются растворимые соли металлов I-IV групп таблицы Д.М.Менделеева, включая d- и 1-элементы. Среди осадителей есть гидроксиды щелочных металлов и аммония (В), кислоты (HpL , L -кислотный остаток, лиганд) от одноосновной (р = 1 ) до восьмиосновной (р = 8) и их соли: средние ( в I ) и кислые

(вр-кн1съ

Для исследования составляют смеси систем с известной

концентрацией соли осаждаемого металла и известной концентрацией

осадителя. Через некоторое время — (часы (ч), сутки (с), дни (д),

минуты (мин) или по достижении равновесия (р)) разделяют твердую и жидкую фазы и в жидкой фазе определяют концентрации (остаточные) поливалентного металла (м), осадителя (Ь), реже щелочного металла (в) и кислотного остатка (X). Все концентрации выражаются в моль/л.

Кроме того, измеряют свойства системы: рН жидкой фазы, электропроводность (ж), плотность жидкой фазы (й), светопоглощение (Е), кажущимся объем осадков (V ) и др.

Введены следующие обозначения концентраций (в применении к системе (V), которые распространяются и на другие системы ): концентрация соли осакдаемого металла в смеси сМ(0Н) х ‘ концентрация осадателя — с^ ь* Концентрация отдельных ионов определяется стехиометрическими коэффициентами

Г° рО _ рО „О _ Гл-ПП0- П0 — 0° 0° — к. с0

ьМ(ОН),Х °0Н~ V °Х ~ щ ‘ №’ ~ Л^Ь* иН ~ к

I д—I р—к К

°в = (*>-*)<•

Концентрации ионов в жидкой фазе смеси (системы) — остаточные концентрации — обозначены сос(с^с, с°с, Сц0,

СдС).Разность между концентрацией ионов в смеси (в системе) и остаточной концентрацией есть количество ионов в осадке (¿с):

°М~ °м° = ЛСМ’ СЬ ~ с1°= °Х~ Ф- ЛСХ’ °в~ °в°= Асв,сон ~

Оос_ др го_ г0с _ ло

В системах с постоянной концентрацией соли осаждаемого металла состав смеси задается концентрацией соли осаждаемого металла в смеси (в системе) и значением п, представляющим собой отношение концентраций осадателя и осаждаемого метэлала:

п = 0°/ с° (1-1)

Ь М

Многие системы (№ 4, Л 5, табл.1) изучены в изомолярных сериях. В этом случае сумма концентраций в каждой смеси одинакова.

и состав смеси системы задается суммарной концентрацией соли осаждаемого металла и соединения лиганда и долей (А,%) концентрации лиганда от суммарной концентрации

_Аъ = 100/<С° + см>-Для расчета состава осадка количество ионов металла в осадке принимается за единицу и вычисляют отношения в твердой фазе ( пт ) количеств других ионов к количеству ионов мч+ :

= — <£>)/ (0° — С°С) = АС^/ДСу (1-2)

4 = (сх — схС) 7 Асм = Асх/Асм 4 = <св «Свс> 7 Асм = Асв/Асм

= <С0Б — С0Н^ = АС0Н/ЛСМ ^

пн = (сн — снС) УАСм = Асн/Асм (1~4)

Когда ионы гидроксила являются непосредственными осадителями ионов поливалентного металла ( система I 6 и 19 в табл. I), их содержание в твердой фазе определяется в соответствии с принципами метода ОК (уравнение (1-3)). При исследовании гидролизующихся систем (Ш)-(1У), в которых осадителем является кислотный остаток (Ь), содержание ионов гидроксила и водорода в твердых фазах определялось не согласно принципам метода ОК (уравнения (1-3) и (1-4)), а тремя другими способами. Первый состоит в учете качественных изменений кривой рН и переходе к количественной оценке содержания ионов гидроксила и водорода в осадке с использованием условия электронейтральности.

Так, в системе Л 2 (табл.1) при добавлении раствора оксибензоата натрия к раствору нитрата тория рН понижается при небольших значениях п, что связано с увеличением концентрации нж>3

в жидкой фазе согласно реакции:

ЗНлО

Ih(K03)4 + 2NaL + Th(OH)2L2 +2Ш03 + 2NaN03

В выпавшем соединении (гидроксооксибензоат тория) количество ионов ОН» вычислено из условия электронейтральности (для компенсации избыточного заряда ионов Th4+) и с учетом выделения ионов Н+, не определенных количественно, в жидкую фазу. Так как величина с^0 не определена, тот же процесс гидролитического осаждения, также сопровождающийся ростом концентрации ионов водорода в жидкой фазе, можно приписать образованию оксибензоата тория, в котором избыточный положительный заряд ионов Th4+ компенсирован ионами гидроксила и нитрата — другого, неучтенного, компонента системы. Реакция в этом случав может идти по схеме:

Th(N03)4 + 2NaL + х-Н20 <-> Th(OH)x(H03)2_^b2 + xHN03 + 2NaN03

При этом видно, что без количественного определения значения х, т.е. концентрации ионов водорода в жидкой фазе ( ), нельзя вычислить и содержание ионов гидроксила ( х ) в твердой фазе методом ОК.

Первый способ применен при исследовании систем РЪС12 — Na^PO^—Н2о (Л 5, табл.Г), систем № 10 и № 15 (табл.1) и многих других.

Второй способ состоит в том, что титрованием определяют изменение кислотности жидкой фазы Дс^’ в системах типа III и IV, находят отношение ¿сЦ/Дсм = п® , составляют уравнение реакции осаждения, для которой известны Дом, и п* (табл.2). В результате составления уравнения реакции в формулу осажденного соединения вводят недостающие ионы он~ и н+. Из систем, представленных в таблице I, таким способом найдено содержание ионов водорода и гидроксила в твердых фазах, образующихся в

системах Я Ь (табл.1) и в других системах.

Третий способ заключается в том, что в случае вероятного присутствия в твердой фазе ионов Б+ и ОБ- определяют остаточные концентрации не только поливалентного металла и лигаяда, но и металла в+ или кислотного остатка Х~, а содержание ионов н+ или ОН» находят из условия электронейтральности. Таким образом найдено содержание ионов водорода в твердой фазе состава

ио^Иа _ н „ ро., образующейся в системе № I (табл.1).

Нами разработан способ идентификации соосакденных соединений (как твердых растворов или как смеси фаз) с помощью Пр, о чем будет сказано в соответствующем разделе. Позднее с той же целью была применена константа гетерогенного равновесия реакции превращения одного соединения в другое- при исследовании системы РЪ(Л03)2-№а2НР04-Н20 (.№ ^, табл.1). В этой системе установлены области существования двух соединений — рънро4 и ръ2(ш3)(ро4) и между ними — область существования осадка переменного состава (0,5 < < I), в которой происходит реакция:

(рьнро4)т + РЪ24 + ж>з <-> (РЬ2(Ш3)(РО4))г + Н+

Константа гетерогенного равновесия (К*) этой реакции, выраженная

г

формулой

к №

К* = — , (1-7)

г? [РЬ][Ш3]

оказалась постоянной во всей области существования осадка переменного состава (табл.2). Поэтому сделан вывод, что осадок переменного состава является механической смесью индивидуальных соединений (фаз). Остается, однако, неизвестным характер изменений констант гетерогенного равновесия (выраженный уравнением

(1-7)), когда осадок переменного состава представляет собой твердый раствор соединений.

Предложен способ расчета констант устойчивости комплексных частиц унл/3-^ (0=0,1,2), образующихся в жидкой фазе системы .)» 5 (табл.1 , мч+=у), в которой осаждается соединение УН^Ь, частично растворимое в избытке лиганда. Он состоит в следующем. Вычисляли произведение растворимости (Пр) соединения по формуле Пр = т[Н33[Ъ] ‘ (1-8)

при значении п=1 , соответствующем стехиометрическому отношению концентраций компонентов в системе. Концентрации [Н] и [ь] находят с помощью рН и констант диссоциации шестиосновной нитрилотриметилфосфоновой кислоты; концентрацию [у] принимали равной Су° . Затем при п = 1,5 вычисляли константы устойчивости из равенства

[■га^ь]

р. =-1— , (1-9)

131 [У][Н]3[Ы

в котором [Ь] и [Н] находили так же, как и при вычислении Пр, [у] — из выражения (1-8), [ун.ь] — по формуле сНс=[ун.ь] + [У].

и О

Расчет проводился до постоянства Пр при п=1 методом последовательного приближения для каждого из значений = 0;1 я 2. Вычисленные константы устойчивости и Пр имеют следующие значения: |3101=Ю11, Р1Г,= 2,6.1019, |3121=1,З.Ю32 и Пр = 2,2.ю-38.Постоянство Пр в итерационных расчетах служило показателем правильности найденных констант.

Как видно, для определения констант устойчивости не привлечены общепринятые методы, например, метод растворимости, в которых используются известные функции (Ледена, Бьеррума и др. [2]), облегчающие расчет констант.

Точность метода 0К оценивалась с помощью различных критериев.

Один из них — сравнение значения ni , подученных как по методу OK (ур.(1-2)}, так и непосредственным анализом твердой фазы. Различие составляло не более +0,02.

Анализ многочисленных литературных данных показал, что у метода OK есть неиспользованные возможности более полного и точного описания процессов гидролитического осакдения, соосаждения и растворения, для чего необходимо восполнить’ этот пробел, что и преследует представленная работа.

Вторая глава посвящена вычислению содержания ионов н+ и ОН» в твердых фазах, образующихся в гидролизуюшихся системах, что предваряется рассмотрением компонентности систем и соотношения между ионами Б+ и он- в этих системах.

Висло_кдмпононтов_в_систем»+из^чаемнх_метойом_ОКА_и_состав твердой_.фазы. Необходимым условием правильного определения состава твердой фазы в гидролизующихся системах является учет числа компонентов и применение на этой основе условия электронейтральности.

Среди изученных методом Olí систем, включающих три составные части, нет ни одной тройной системы. Известно, что системы типа СI)-(III) относятся к четырехкомпонентным (системы $ 5 (Сщщ=о), Í& 12 (к=3), № 14 — табл.1). Системы типа (IV) также четырехкомпонентные при условии, что не происходит ни гидролиз иона поливалентного металла, ни протонизэция лиганда. К таковым принадлежит система хлорид лантана — триметафосфимат натрия — вода (.i 7, табл. I). Если хотя бы одно из бтих условий не выполняется, то системы типа (1т) являются пятшгошонентными. В них, кроме реакции обмена

l-‘MX 4 qB L <-> М ‘L +■ pqb>: ,

Ч — P P q 1 1 ‘

происходят реакции гидролиза соли яолисалентного металла или

реакции гидролиза соединезшя лиганда или те и другие, которые все

сводятся к учету реакции диссоциации воды (но0 <-> н+ ^ он-).

К пятикомпонентннм системам относятся системы № 1, М 2, №4 (к<3), й 5 (С^он>0 ), М 12 — й 14, >ё 15 ( к <3 ) ( табл. I), в том числе системы с изменяющимся лигандом ( № 8, табл. I).

Системы, в которых изменяется и лиганд и поливалентный металл в результате равновесной реакции окисления — восстановления, являются шестикомпонентными. К таким принадлежит система ‘ 3 (табл. I), в которой кроме реакции обмена и гидролиза идет реакция окисления — восстановления

4РеС13 + ЗК4№е(СЮ6] <-> Ре4[Ре(СЫ)6]3 + 12К01

Таким образом, компонентность изученных систем, образованных тремя составными частями, типа (IV) в зависимости от их свойств изменяется от четырех до шести.

В этом разделе приведены некоторые из многочисленных примеров неправильного определения состава твердой фазы в связи с неучетом числа компонентов системы и случаи его исправления, когда это было возможно.

гидролизуюшихся системах. Рассмотрено соотношение между ионами

4- —

н и он в гидролизующихся пятикомпонентных системах, в жидких и твердых фазах, на примере (для упрощения) системы типа (V).

Концентрация ионов водорода (с°) в каждой смеси системы будет определяться разностью мекду концентрацией введенных в систему ионов водорода (кСд н ь) и концентрацией введенных в смесь ионов

гидроксила ( х Таккм образом

Если с смесь системы введено больше ионов водорода, чем

, ,„о „„ „О

3р-АЬ

величина положительная и обозначает концентрацию ионов водорода в

гидроксила, т.е. если _н ь > 10м(он) х , то с£

Г) —г-‘ 1. ~ Л —!.

системе.

Если в смесь системы введено больше ионов гидроксила, чем водорода т.е. если кС^ ^н, ь < х , то с° — величина

отрицательная и обозначает концентрацию ионов гидроксила в

системе.

— Сн = Сон <2-2)

Если в смесь системы введено равное количество ионов водорода и гидроксила, т.е. если кСц = х , го с°= о°н=

о.Последнее равенство справедливо для смесей любых составов систем типа (IV).

В жидкой фазе пятикомпонентных систем присутствуют протонированныо формы лиганда Н^^-1′ и гидроксокомплексы многовалентного металла . Поэтому остаточная

и

концентрация ионов водорода равна разности между суммой концентраций свободных и связанных ионов водорода и суммой концентрации свободных и связанных ионов гидроксила:

е = ([Н] + Е Ш,Ь]) — ([ОН] + Е ¿[М(0НЬ] (2-3)

» 2=1 1 ¿=1 0

В этой формуле, если ([н] + 2 1[н.х]) > ([он] + £ о'[м(он).]), то

1=1 1 ¿=1 д

С°с будет величиной положительной и будет выражать концентрацию ионов водорода в жидкой фазе. Если ([Н] + £ Ш^Ь]) < ([ОН] + ЕзЧМ(ОН)Л), то величина С°с будет отрицательной и обозначает

о н

концентрацию ионов гидроксила:

_ „ос _ „ос (?_л

е’н ~ он и

Если ([н] + 2 1[Н^З) = ([ОН] + Ез’СМ(он)^]), то с°с= сос = о, т.е. в аидкой фазе системы нет избытка ни ионов водовода, ни ионов

гидроксила.

3 соответствии с. принципами метода ОК количество ионов водорода в осадке (¿сы ) есть разность между концентрацией ионов водорода в системе (в смеси) и в жидкой фазе системы (смеси): ЛСН = С° — С°с (2-5)

Очевидно, величина Дсн тоже может быть больше нуля, меньше нуля и равной нулю.

В состав твердых фаз, образующихся в пягикомпонентшх системах могут входить все ионы. С учетом гидратной воды (которая методом ОК не определяется) состав твердой фазы можно выразить формулой

в „М(0Н),Н ъ х „-ин^о (2-6)

«в

Если в выражении (2-5) с° >с°° , го значение ДСН будет положительным и будет обозначать количество ионов водорода в осадке. Отношение

Д0Н / Дом = (2- 7)

обозначающее количество молей ионов водорода в осадке на один моль осажденных ионов мч+, будет также величиной положительной. В этом случае величина п^ указывает на го, что в твердой фазе состава (2- 6) количество ионов н+(г) больше, чем количество ионов он(Ъ)

Т 4- —

на величину п^ . Причем эквивалентное количество ионов н и он равно количеству молей воды в твердой фазе. В этом случае состав твердой фазы может быть вычислен юлько в следующем варианте:

В МН Ь X [те 4. (г-ЮЬН^О (2- 8)

Г-В пн пь пх

Если в выражении (2-5) < , то значение Дсн будет

отрицательным к, следовательно, будет обозначать количество он-групп в осадке. Величина будет, согласно равенству (1-4), также отрицательной и будет указуьать на то, что в твердой фазе

состава (2- 6) количество ионов н (г) меньше, чем количество ионов 0Н-(1;) на величину , т.е.

-ЛСН = АСШ (2- 9)

и

— 4 = -АСН/Л0М = п£н = ЛСШ/ДСМ (2-10)

В этом случае расчет показывает следующий состав твердой фазы

в тМ(он) т Ь тх г[у? + (г-1)]-н2о (2-11)

пв пон пх Если в выражении (2-5) с° = 0°с, то Лсн = ДСон=о, и п^ = п^н=

= ©.Следовательно, в формуле (2- 6) . В этом случае состав

твердой фазы выразится формулами:

В ГМ1 ТХ (* + 0,5Г)-Н20 = В ТМХ ТХ (* + 0,5Ю.Н20 (2-12) пВ пЪ пХ ; ПВ Г-1 пх

Из всего сказанного следует, что при изучении систем методом

ОК твердые фазы могут быть определены только или как кислые

соединения (2-8), или как основные (2-11), или как средние (2-12).

Формулы соединений (2-8), (2-П) и (2-12) не исключают формулы

(2-6), в которой может быть г > 1;, г < -к и г = но эта формула

не имеет отношения к методу ОК и может быть доказана только

физическими методами.

Введение и объяснение взаимосвязи понятий с^0, Дсн, п^ и

ПР т

сон’ дсон* пон позволяет учесть смысл отрицательных значений, проводить расчеты в соответствии с принципами метода ОК и правильно их интерпретировать.

Определение ионов н4(он~) в твердой фазе___по___результатам

титрования жидкой фазы. Показано, что в системах, в которых анализировалась кислотность жидкой фазы (CTp.fi ), содержание ионов водорода в твердых фазах может быть определено с использованием простых выражений. Вычислено содержание ионов водорода и гидроксила в твердых фазах систем мх2- Б ^н^Ь — н2о

(М2+ = РЪ, по формулам

4 = — 4 «н = 4оа ~ 4 пн = -4 (к=0)-

4 4

В таблице 2 в качестве примера приведены результаты

определения составов твердых фаз, в том числе переменного

состава, не указанного в первоисточнике, образующихся в системе

РЪ(Ю3)2-На21П’04-Н20. Количество ионов Ж>3 найдено из условия

электронейтральности.

Определение__содержания__иондв_н41он~]__в___твердой___фазе___по

результатам___измерениями. Для расчета с^0 в равенстве (1-4)

используется уравнение (2-3), слагаемые которого определяются по результатам анализа жидкой фазы , и рН) с помощью констант диссоциации кислот (Кд), констант гидролиза (Кп, рг). Показания рН — метра и константы равновесия ( Кд, Кг,рг )

Таблица 2

Система рь(Ж>3)2 — Иа2НР04 — н2о (№ 4, табл.1)

%а2НР04’% т : 4 • г,? • Ч Состав твердой фазы

30 0,51 0,50 ~0 РЬ№О3)015(РО4)0>5

33,0 0,55 0,48 0,08 РЬ(1Ю3)0>4н0108(К)4)0>5б

35,0 0,60 0,43 0,17 РЪ(Ш3)0>37Н0>17(Р04)0)6

40,0 0,72 0,33 0,39 РЬ(Ш3)0>23Н0>39(Р04)0Л2

45,0 0,85 0,17 0,68 рь(ш3)0>13н01ба(ро4)0<85

48,0 0,94 0,09 0,86 РЪ(Ш3)0)03Н0(85(Р04)0>94

50,0 1,00 0 I РЬНР04

75,0 0,76 0,73 ~о РЪКа^25(Р04)0>75

90,0 0,75 0,75 РЪИа0>25(РО4)0>75

и ионного произведения воды (Кв) зависят от ионной силы (I). Характер этой зависимости для констант диссоциации и гидролиза не всегда известен. В этом случае, как показала практика, можно проводить расчет о°с и без учета ионной силы (1=0). При известной зависимости на первых стадиях расчета ионная сила также не учитывается, т.е. принимается равной нулю. Выбор алгоритма расчета (с учетом или без учета ионной силы) обусловливается результатами анализа данных литературы о гидролитических свойствах солей осаждаемого металла и осадителя.

Определение содержания ионов__Н+(0Н~) в твердой фазе без учета

ионной силы. Формула (2-3) для вычисления охватывает наиболее

распространенные, но не все случаи, встречающиеся при исследовании систем. Нередко в нее приходится вводить дополнительные члены. Это проявилось на примере исследования системы № 10 (табл.1) и при расчете систем № 8 (табл.1) с изменяющимися в результате гидролиза лигандами. Системы рассчитывались без учета ионной силы, так как зависимость констант диссоциации амидофосфорной кислоты (система $ 10, табл.1) и ортованадаевой кислоты (система $ 8, табл.1) от ионной силы неизвестна.

В системе № 10 (табл.1) ионы Сне только образуют гидроксокомплексы сюн2+ (Нг1 = 6,5.Ю~5), но и комплексы с ионами 01″ (СгС12). Их концентрация учитывалась с помощью общей константы устойчивости (р2= 1.35.Ю3) при расчете остаточной концентрации ионов водорода по уравнению (2-3):

= ([Н] + [Н1] + 2[Н2Ы) — (-щу + [СгОН]).

В этом уравнении [Н]= Ю_рН; протонироваяные формы лиганда находили с помощью констант диссоциации моноамидофосфорной кислоты

о _а

(Кд1 = 1,2.10 , Кд2 = 2,1.10 ). Результаты исследования этой системы даны в таблицах 3 и 4.

Так как система $ ГО шесгикомпонентная (Сг3+, к+, н+ 11 ь2~,

N0^, С1~ + Н20), то по найденным значениям и п^ и с

использованием условия элекгронейтральности можно предположить в

общем случае образование соединений к мн2ь2(то_)01 „ или

пк пк

К ТШ2Ь2С1(Ж)3) т . пк пк

Окончательный вывод о составе твердой фазы сделан на

основании анализа ее на хлор (качественно) и на азот

(количественно). Это показало, что состав твердой фазы

соответствует формуле Сг(но3РШ2)2(ко3)-бн2о.

Таблица 3

Система Сг(ж>3)3 — керо3Ш12 — (КС1)~ н2о (таСл.1, ,№10) Анализ : Расчет

-103 : С°с-103 : рН : [Н] : п£

1,25 8,4 1,71 3,56 2.74.10″4 2,01

1,50 6,0 2,05 3,75 1,78. Ю»4 2,00

1,75 3,3 1,64 4,00 3,98ЛО»5 2,00

2,00 1,3 2,58 4,97 1,07 Л О-5 2,00

2,10 Г,9 5,42 5,06 8,70ЛО-6 2,00

2,20 1,5 7,10 5,10 7,94 Л0~6 1,99

2,30 1,5 9,00 5,30 5,01 Л0~6 2,00

2,50 1,4 12,90 5,59 2,57.10″® 1,99

В табл.4 приведены концентрации различных ионов в жидкой фазе системы. Видно, что при увеличении содержания моноамидофосфата калия в системе, т.е. при увеличении значений п растет значение рН и, следовательно, уменьшается концентрация ионов Н+.Увеличиваются

Таблица 4

Система Cr(N03)3 — khpo3nh2 — (KCl) — н2о ; результаты расчета концентраций

ионов и нейтральных частиц , о°с , Асн.

[Н]

[Ог] [СгС1„] [СгОН] [L] [Hb] [HpL] С„

• • • « £ » 11

ос

1U3

lü3 » IÜ5

10′

3 •

ю3 » ю3 » ю3

АС.

н

0,50 5,37.10″ -4 А 5,31 15,7 0,64

0,75 5,37.10 -4 4,38 13,2 0,53

1,00 4,47.10″ -4 3,48 10,8 0,51

1,25 2,74.10″ -4 2,65 8,37 0,63

1,50 1,78.10″ -4 1,86 5,98 0,68

1,75 3,98.10″ -5 0,975 3,27 1,63

2,00 1,07.10″ -5 0,38 1,27 2,31

2,10 8,70.10″ -6 0,56 1,85 4,16

2,20 7,94.10″ -6 0,44 1,46 3,58

2,30 5,01.10″ -6 0,44 1,44 5,59

2,50 2,57.10″ -6 0,39 1,30 9,86

0 0,967 0,433 2,363 0,0076

0 0,946 0,424 2,325 0,0127

0 1,195 0,445 2,527 0,0175

0 1,390 0,318 2,300 0,0227

0 1,785 0,265 2,485 0,0275

0 1,586 0,053 1,720 0,0333

0 2,55 0,023 2,585 0,0374

0 ,01 5,37 0,039 5,410 0,0366

0, 02 7,03 0,046 7,100 0,0369

0, 04 8,92 0,037 8,950 0,0370

0, 10 12,77 0,027 12,73 0,0373

концентрации гидроксокомштекса хрома, моноамидофосфата и его одноиротонированной формы, ко концентрация дважды протонированной формы лиганда уменьшается. Концентрация СгС12 и близки, т.е.

практически вось хром в жидкой фазе находится в комплексе с ионами хлора.

Особенность систем с ванадатами в том (№ 8, табл.1), что при расчете учитывались концентрации не только частиц ниго^-^-.но и нэо^. Кроме того, из-за гидролитических изменений лиганда (Уо|~+

н+ <-> УО^ + он»; + н+ <—> У.2о~ + он»;…) состав твердой

фазы может быть представлен одной из альтернативных формул. Например, для вычисленного значения п^ , равного 1,2, и аналитических значений =1,5 и п^ = 0,3 состав осадка

будет отвечать следующим формулам: Ш0 5’кН2° =

= М0?3А1(ОН)0!3(У207)0175. (w + 0,45)Н20 = Мо^АКОН)^-

■(710028>0.15(» — °’6)Е2° *

Окончательный выбор должен быть основан не на данных метода ОК, а

на физических методах исследования. В литературе состав подобных

осадков выражен «кисло-основной» формулой [А1(ОН) ]§ (ИУ10о28),не

3-х

обоснованной в достаточной степени физическими методами исследования.

Аналогичная ситуация отмечена в других системах с изменяющимися лигандами. Например, в системах н§(Ж>3)2 — К2ь — Н20 (I = СгО^2-, Сг2о2- ), в которых имеет место равновесная реакция в жидкой фазе 2Сго|~ + Н+ <-> Ст£С7~ + ОН» .

Опрезелеете_со5ержашя_ионов_н^Ш1^_§_5Ш252й____

Когда известна зависимость констант диссоциации кислоты ДрЬ и констант гидролиза ионов мч+ от ионной силы, то увязка их величины с величиной ионной «силы в жидкой фазе повышает,

как правило, точность расчета. Если неизвестна зависимость, то учет иошюй силы распространяется на вычисления только концентрации ионов водорода.

Известны зависимости от ионной силы констант диссоциации фосфорной кислоты и констант гидролиза ионов и С учетом

этих зависимостей были рассчитаны системы Л 12 (табл.1) и система СаС!13 — Ма3Р04 — Н20 . При расчете 0°с по формуле (2-3) концентрация ионов водорода вычислялась с применением коэффициента активности ионов водорода I ([н] = ю~рН/1н), определяемого по уравнению Дениса при различной ионной силе. Ионную силу находили по уравнению Дебая-Хкккеля.

Расчеты проводились до постоянства ионной силы. Сначала ионная

сила принималась равной нулю. После определения концентрации всех

частиц в жидкой фазе находили ионную силу. Рассмотрим подробно

результаты анализа и расчетов систем №(N0^)^ — Каз_^1Гр04 ~ н20

(к=0;3), включенные в табл.5-8. В обеих системах при малом

содержании фосфата образуются основные фосфаты тория, содержаще

нитратные группы согласно условия электронейтральности. При

стехиометрическом значении п (1,33) осаждается №3(ро4)4

(табл.5,6). Дальнейшее увеличение содержания фосфата в системах

приводит к выпадению твердых фаз различного состава. В системе с

фосфорной кислотой, в которой рН кидкой фазы немного больше двух,

выпадают кислые фосфаты тория переменного состава, превращающиеся

при достаточном избытке осадителя в соединение ®1(НР04)2 (табл.5).

В системе с трехзамещенным фосфатом натрия при п>1,зз отношение

Р0.:й1 в твердой фазе практически не меняется (пр0 = 1,33), но

4

увеличивается значение и, согласно условию

ил

электронейтральности, содержание ионов натрия, что вызвано существенным повышением щелочности жидкой фазы (табл.6).

Расчеты показывают, что при небольших значениях п, когда в жидких фазах не полностью осаждены ионы тория и в то же время обнаруживается фосфат, а жидкая фаза имеет кислую реакцию (табл.5,6), в растворе в основном присутствуют ионы И14+, концентрация моногидрокомплекса меньше на порядок, а концентрация ть(ОН)2,3,4) меньше на два-пять порядков. Фосфат

О

присутствует в виде частиц Н2Р04 и н^РО^ . Когда содержание фосфата в системах повышается, то в системах с фосфорной кислотой (значения рй низкие) концентрация этих частиц остается преобладающей (табл.5,7). В системе с фосфатом натрия (значение рН высокое) соотношение между фосфатными частицами меняется в пользу ионов и НРо|~ (табл. 6,8).

Таблица 5

Система ®1(Ш3)4 — Н3Р04 — н20; 0^=0,002 (табл.1, № 12).

п Анализ Расчет ¡Состав твердой фазы

гос ЧРЬ ю3 : гос ! 4 : ю3 : рН т ПР04 т «н Г 3пР04 ~ 3 >

0,75 1,2 0,87 2,50 0,79 -1,27 0,016 №(ОН)1>27(РО4)0179-

■(ко3)0>37

1,33 0,9 1,2 2,32 1,33 -0,23 0,014 ГМР04)1(33

1,55 0 0 2,14 1,55 0,69 0,008 ™0,65(1Ю4>1,55

1,75 0 0,10 2,13 1,70 1,07 0,008 гш1>11(Р04)1>7

2,00 0 0,34 2,11 1,83 1,32 0,008 ИЙ11,49(Р04)1,8Э

2,50 0 1,10 2,10 1,95 1,76 0,009 гьн1(85(Р04)1>95

3,00 0 2,00 2,08 2,00 1,90 0,009 ТЬБ2(РО4)2

При изучении системы .№ I (табл. I) жидкая фаза анализировалась

Таблица 6

Система И1(ГГО3)4 — Ш3Р04 — Н20. с£ь = 0,002; (табл.1, 18) п Анализ ^ Расчет . Состав твердой фазы

сро4 ‘

0,49 0,87 0,05 3,05 0,96 0,012 -0,85 ТЬ(0Н)0>85(Р04)01д2(Н03)0^б9

0,98 0,12 0,06 3,03 1,01 0,008 -0,60 3?Ь(0Н)0^7(Р04)1 ^ (№3)0,37

1,25 О 0 5,06 1,25 0,0075 О ,25(Ш3)0,25

1,33 О О 6,45 1,33 0,008 О №(Р04)^33

2,00 О 1,24 8,55 1,38 0,012 -0,64 ^^ТМОН^^К^).,^

3,00 0 3,38 10,50 1,31 0,018 -1,54 Иа., ^ТМОН)., ^(РОд)-] >Э1

4,00 0 5,32 11,15 1,34 0,027 -1,90 Ыа1 >д2№(0Н)1 (Р04>1 ^34

8,00 0 13,4 11,60 1,30 0,064 -3,30 ^^ТМОН^^^С^)., ^

Таблица 7

Система ть(но3)4 — Н^РОд — н2о . Результаты расчетов [Н] и концентрации частиц фосфата и тория в жидкой фаза.

п [11] : [Р°4] : [НР04]» [Н2РО4]’ [н3го4] » [№]’ [тон]» [Лг(Ш)2 ]»[ТП(0Н)3]» [ТИ(0Н)4]

: ю3 ю9 : ю4 : 104 :103 : ю5 : Ю7 : ю7 : 103

0,75 3,57 „10-18 17,4 6,15 2,55 1,16 4,12 7,28 1,72 2,65

1,33 5,39- 2,25Л0~18 13,6 7,36 4,64 0,88 2,07 2,43 0,38 0,39

1,65 7,92 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1,75 8,11 „,10-20 0,54 0,50 0,50 0 0 0 0 0

2,00 8,51 „10-19 1,74 1,66 1,74 0 0 0 0 . . 0

2,50 8,71 ~10-1Э 5,44 5,30 5,70 0 0 0 0 0

3,00 9,15 «■Ю-19 9,29 9,43 10,6 0 0 0 0 0

IV)

Таблица в

Систома №(N0^)^ — ШуРОд — Н^О. Результаты расчета [Н] и концентраций частиц фосфата и тория в ‘ жидкой фазе.

п ГШ [Р04] №О4] ; [Н2РО4] •[Н3РО4] : ГТЬ] [ТЪОН] [ЗЪ(0Н)2] №(он)3] [№(0Н

: 10б •’ 104 ю5 10б 10б 10б

0,49 9,96Ло-4 -10-18 4, 32 ЛО»9 44,7 5,29Л0~6 7,59 9,68 6,14 6,19 2,86

0,98 Т ,02 ЛСГ 4,66ЛО-9 53,3 6,70ЛО-^ 1,05 1,323 0,81 0,67 0,36

1,25 9,БЗЛ0~6 0 0 0 а 0 0 0 0 0

1,33 3.09Л0″7 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2,00 ЗЛЬЛСГ3 3.25ЛСГ -7 1,20 ЛО»3 39,3 „10-и 0 0 0 0 0

3,00 3,61 Л0~П 7.78Л0″ -5 3,29Л0_3 11,3 -Ю»14 0 0 0 0 0

4,00 8,26ЛО-12 6.30Л0″ -3 4,69 ЛО-3 0,34 ~ю-1е 0 0 0 0 0

8,00 3,12Л0~1г 4,67 ЛО -3 8,73 ЛО»3 1.82Л0-7 „10-18 0 0 0 0 0

Таблица 9

Система ио2(ш3)2 — Ыа^пго^ -н2о = 0,025, (табл.1, й I).

Результаты анализа

: Результаты расчетов

„ос 1’Ш„

Ю’5

„ос РО,

10°

0ОС

10°

рн

то.

Иа

. Т

:пн=

Зп-

РО.

-2-й,

Иа

«Н по

методу ок

: Состав твердой фазы

го

из

0,10 21,4 0 ‘5,0 2,90 0,69 0 0 -0,06 0,071

1,00 7,9 0 37,8 2,25 1,02 0,46 0,54 0,78 0,051-]

),Ю 0 3,09 43,5 2,30 0,98 0,46 0,54 0,56 0,052

1,50 0 13,5 56,5 2,60^ 0,96 0,74 0,26 0,17 0,060

1,00 0 19,8 £7,0 2,85 1,00 0,92 0,08 0,03 0,067

2,00 0 25,7 75,7 5,35 0,97 0,97 0,03 -о,га 0,077

4,00 0 75,0 174 6,90 1,00 1,04 0 -0,26 0,212

Иа ТО2Н (РО.)

п! 2 (1-«йа) 4

«Иа

2 4

на ионы уранила, фосфата и натрия, а содержание ионов водорода в твердой фазе определяли из условия электронейтральности.

В уравнении (2-3) для этой системы N = ио|+, ¿=1,2.Результаты расчетов составов твердой фазы представлены в табл.9. В данной системе осаждается два соединения и твердые фазы переменного состава, которые рассматриваются как твердые растворы соединений и02НР04 и ИаТО2Р04. Подтверждение этого содержится в следующем разделе диссертации. Сравнение значений п^, найденных из условия электронейтральности и рассчитанных в соответствии с методом 0К (табл.9), позволяет оценить точность этого метода в применении к расчету н+ (ОН)-.

В пятикомпоненгной системе ЗгаС13 — Ы4[Ре(си)б] — н20 (табл.1, Ж 13 ) осаждается соединение Бт^Ре^го^. Значения п^ должны быть близки к нулю, что подтверждается расчетами (табл.10). При

Таблица 10

Система БтС^-Ы^е^кО^ Н20; 0дтС1з= 0,025, (табл.1, & 13)

Анализ

С°°Л03: С°с103: рН

Расчет

П1 . ПН

Состав твердой фазы

0,20 19,49 0,76 3,88 0,77 -0,14 0,140

0,70 2,75 0,75 4,55 0,75 -0,01 0,09 8п1[Ре(СН)6]0175

0,75 1,49 1,32 5,02 0,74 -0,01 0,09

0,80 1,60 2,49 5,37 0,75 -0,01 0,092 Вт4[Ре(СК[)6]3

0,90 1,66 4,72 5,66 0,76 -0,01 0,104

1,00 2,12 7,16 5,78 0,78 -0,01 0,127

1,25 2,06 13,72 5,93 0,76 -0,01 0,154

1,50 2,75 23,20 5,99 0,73 -0,02 0,218

1,75 4,20 27,94 6,02 0,76 -0,02 0,293

расчете ионная сила учитывалась только при определении и

концентрации ионов Н+, гак как зависимость констант диссоциации келезистосинеродистой кислоты и констант гидролиза ионов 8т3+ от ионной силы неизвестны.

Таблица II

Результаты расчета концентрации различных ионов в жидкой фазе системы БтИ3 — ы4Ре(ои»)б — н2о

[Н] [Ъ] : [НЪ]: [н2ь] [Бт] [БтОН]

п : 10* 103 ] ю4;’ 103 106

0,20 18,6 0,20В 5,66 <ГОП 19,49 0,49

0,70 3,76 0,48 2,67 .ю-12 2,75 0,34

0,75 1,27 1,11 2,09 .ю-13 1,49 0,55

0,80 0,58 2,29 1,96 МО’13 1,60 1,30

0,90 0,30 4,52 2,04 1,66 2,55

1,00 0,24 6,92 2,43 -.10″14 2,12 4,18

1,25 0,18 13,4 3,52 ЧЮ’14 2,05 5,40

1,50 0,16 20,7 5,02 МО’13 2,74 7,86

1,75 0,16 27,3 6,46 *Л0~13 4,19 1,23

Расчет опроводился по формуле (2-3), в которой учитывалась концентрация частиц н2Те(сЮб2-, БРе(СТ)^3- и Бго(0Н)2+.

Сравнение таблиц 10 и II показывает, что концентрации бипротонированных форм ферроцианида и гидроксокомплекса самария составляют незначительную часть от соответствующих остаточных концентраций, а концентрация монопротонированной формы ферроцианида мала в сравнении с только при п> 0,9.

Точно так ке, как и систему с ферроцианидом, рассчитывали содержание ионов н+ в осадках, образующихся в системах № 5 и № 14

(таОл.1), в которых осадителями РЗЭ являются нитрилотриметилфосфоновая и этилендиаминтетраметилфосфоновая кислоты.

Сопоставление способов расчета п^ на примере различных гидролизунщихся систем, рассмотренных во второй главе, показывает, что наряду с использованием общего уравнения (2-3) для расчета необходим учет своеобразия какдой системы.

При использовании результатов измерения рН для определения содержания ионов н+(он~) в твердой фазе вычисляются также концентрации отдельных частиц в жидкой фазе, что позволяет представить их изменение в зависимости от состава системы (табл.4,7,8,11) и является ступенью к вычислению Пр и других характеристик соединения.

В третьей главе освещены вопросы, связанные с определением Пр, произведения активности (Па) и других характеристик соединений, и использование Пр(Па), а также констант гетерогенного равновесия для определения природы осадков переменного состава.

В четырехкомпонентной системе типа IV ионы мч+ и не гидролизуются и, если они не образуют между собой комплексных частиц, остаточная концентрация этих ионов совпадает с их равновесной концентрацией. Если эти ионы гидролизуются, то равновесные концентрации и 1р~ меньше, чем их остаточные концентрации. Тогда [м] и [х] определяют с помощью констант гидролиза ионов мч+ и констант диссоциации кислоты нръ по известным остаточным концентрациям ионов мч+ и ьр~ в растворе.

Предложено использовать результаты изучения многокомпонентных систем методом ОК (0^°, о°с и рН ) для расчета значений Пр образующихся соединений.

При расчете содерн;ания ионов н+(он») в твердой фазе появляются необходимые данные для вычисления Пр. Например, в жидкой фазе системы Л 12 (к= 0, габл.1) концентрации ионов !№4+ и (при п = 1,33) уже известны (табл.7). Поэтому не составляет труда возвести эти концентрации в соответствующую степень и найти Пр ть3(ро4)4 : Пр = 1.75ЛСГ80 (в литературе известны два значения 2,57.Ю-79 и 2,46.Ю-57). Вычислены также Пр соединений фосфатов лантана и гадолиния, осаждающиеся в системах Л 15 (табл.1, к=0), и их Па с использованием справочных значений (Киланд) коэффициентов активности ионов Ьа3+(Сс13+) и в

растворе при различных значениях ионной силы.

С помощью значений Па вычислены изобарно-изотермические потенциалы (энергия Гиббса, Ав0) образования соединений ЬаР04-зн20 и й(5Р04-н20 (табл.12) по уравнении Н.П.Жука

= Ч + асро4 + ^АзН2О +

где Ав^ , ДС}р0 и — стандартные изобарно- изотермические

потенциалы образования ионов 1а3+, са34″, ю43~ и воды. Стандартный изобарно — изотермический потенциал растворения = КПпПа.

Б

Таблица 12.

Физико-химические параметры фосфатов лантана и гадолиния.

Соединение :Пр.10~21 I : ПаЛО-23 : АС0

.соединения

•йТ1пПа «кда/моль

ХаР04.ЗН20 Э±1 0,06-0,08 5,8+1,2 -127 -2587

ОйРО^НдО 2,4±0,3 0,07-0,08 4,1+0,3 -128 -2076

В системах, в которых происходит растворение первоначально выпавшего соединения за счет комплексообразования между ионами и 1р_ , перемножение концентраций этих ионов в соответствующих степенях для получения величины Пр дает существенно различающиеся значения при разных значениях п. Например, если с целью вычисления Пр соединения Бт4[Ре(си)б]3 найти произведение [Бт]4-[ь]3 по данным таблицы II, то получатся величины, различающиеся на несколько порядков. В этом случае близкие величины Пр можно получить, определяя одновременно константы устойчивости комплексов в жидкой фазе (четвертая глава).

В изученных методом ОК системах часто последовательно осаждаются два соединения, а между ниш твердая фаза с переменным значением п^ (рис.1).

а «

Л

9

ш

Рис. I. Зависимость Пр0

г & Я

от п в системе бсЮ!,

Иа3Р04 — Н20

4 ^ (<

и изменение значений «КГр» ( ^ «Крр») для реакции

4(саР04)т + ЗИа + РО^ <-

в зависимости от п при I < п < 2,5.

-> (Ка30й4(Р04)5)т

Выведено уравнение, показывающее взаимосвязь Пр, произведения

концентраций (Пк), и активности соединения в твердой фазе (ат)

переменного состава. Например, для соединения мрь (при

постоянной ионной силе)

[Ы^Ь]4 = Пк = сх£ ъ -Пр (3-1)

р ч

Если соединение м^ в осадке переменного состава является

индивидуальной фазой, то , =1, и, следовательно, Пк = Пр.

Р Ч

Активность соединения как компонента твердого раствора всегда меньше I и поэтому, согласно (3-1), Пк < Пр. Активность соединения и его мольная доля в твердом растворе (И) связаны с коэффициентом активности (гт) соединения в твердом растворе. Поэтому

п* = X ПР <3″2>

Р Я. Р ч

Коэффициент активности соединения в твердом растворе может быть равен единице. Тогда

Пк = % ъ ■ Пр (3-3)

Р1

Рассчитаны произведения концентраций и по уравнению

(3-2) коэффициенты активности соединений ваБО^ и Бгво^ ,

соосажденных с сульфатом свинца в системах Л II (табл.1).

Образующийся в этих системах осадок содержит практически чистый

сульфат свинца и микроколичества сульфатов стронция или бария

(и3г50= ТО»5 + Ю-7, ИВа30 = Ю_6+ Ю-5). Установлено, что

^ ^ -П

произведение концентраций сульфата стронция изменяется от 10 до

5.Ю-11 и меньше на 5-7 порядков (при 1=0,2), чем Пр вгБС^

(2,8Л0~6). Пк сульфата бария изменяется от 2,5 Л О*»14 до 5 Л О»13 и

меньше на 4-5 порядков, чем Пр ВаБ04 (2.30-9). Эти факты позволяют

сделать вывод, что в обеих системах образуются твердые растворы

сульфатов стронция или бария в сульфате свинца, и эти растворы

неидеальны,

так

как

постоянные коэффициенты активности

микрокомпонентов в твердой фазе (1,

БгБО,,

= 0,2 и

ВаБО,

4,2)

существенно отличаются от единицы.

Изучена растворимость в системе Л 16 (табл.1), в которой содержание каждого из фосфатов в твердой фазе изменяется от до %1009о,Согласно рентгенофазовому анализу, когда мольная доля БгНР04 в твердой фазе составляет 0,37-1, она представляет собой твердый раствор фосфатов стронция и бария со структурой а-БгНРО^.Когда мольная доля БгНРО^ изменяется от 0 до 0,2, твердая фаза является твердым раствором обоих фосфатов со структурой (З-ВаНРО^ В промежутке от 0,2 до 0,37 мольных долей БгНРО^ твердая фаза состоит из двух твердых растворов: а- БгНРО^ и (3-ВаНР04 в разных соотношениях.

Расчет Пк проводился с использованием констант диссоциации Н^РО^ (I = 0,07). Результаты расчета представлены графически (рис.2).

4 ^-ЬвНРО* 2 <=Г ж ¿-$гНР04

*г* Ж

г ■1 Д. 7

V4 ч л

с* у

У

0 . . . Лл

н,

«¡Н/ро,

Рис. 2. Зависимость Пк соединений БгНЮ4 (1) и ВаНР04(2) от их мольной доли в твердой фазе.

ч-

Зависимость Пес ЗгНР04 и ВаНР04 от их мольной доли в осадке выражается сложной кривой, состоящей из двух прямолинейных участков, каждый из которых отражает изменение Пк ЭгЕРО^ и ВаЯР04 в области существования двух твердых растворов со структурой а-ЗгНР04 и р-ВаНР04 . В области существования обоих растворов, ход кривых Пк не определен из-за отсутствия данных.

Коэ(|фициенты активности компонентов каждого из твердых растворов при содержании БгНР04 от 0,4 до 0,6 мольных долей равны приблизительно ‘ I, что говорит об идеальности твердых растворов в данной области. В других областях существенно отличаются от единицы в большую и меньшую сторону.

Показано, что в осадке переменного состава в системе Л 9 {табл. I, ) содержится в виде индивидуальной фазы

А1(0Н)3, так как вычисленное значение Пк = [ал.] [он]3, равное ■.1,5Л0~3*, почти не отличается от значения Пр А1(он)3

от

(гиббсит), равного 1,6Л0 .

С целью определения возможности применения выражения (1-7) и ему подобных в тех случаях, когда осадок переменного состава представляет собой твердый раствор двух соединений, было проанализировано уравнение для константы гетерогенного равновесия.

В качестве примера была выбрана реакция

4(Сс1Р04)т + зиа4″ + Р03~ <-> Ша^СРО^^ ,

происходящая в системе вйИ^ — Иа3Р04 — Н20 (Л 15, табл. I) в области образования твердой фазы переменного состава при 1<п<2,5. Причем при п—I осаждается соединение СйР04, а при п= 2,5 -соединение Иа30с14(Р04)5(рис.1).

Константа гетерогенного равновесия рассматриваемой реакции К с^а3са4(Р04)5

величина постоянная независимо от того, будет ли осадок переменного состава твердым раствором или механической смесью указанных соединений (фаз). Но выражение

1 кгр(ас;<1Р04)4

№а^[Р04] » <30с14(Р04)5 » Р будет постоянным, если активность каждого соединения равна I, т.е. когда кавдое соединение — индивидуальная фаза. Если же образуется твердый раствор соединении, то в осадке мольная доля (и активность) соединения с<аро4 изменяется от 1 до о, а мольная доля (и активность) соединения Ка30й4(Р04)^ изменяется от 0 до I. Поэтому отношение 1/([Иа]3[ВД4]) и «К^р» будет изменяться от большой величины до маленькой. Сделанные заключения отвечают на вопросы, поставленные в связи с уравнением (1-7).Расчеты показали, что «К^р» изменяется (рис.1) от большой величины до маленькой при изменении значений п от 3 до 2,5. Следовательно, в этой области системы образуется твердый раствор соединений Сс1Р04 и На3сй4(Р04)5.

В системе ио2(Ш3)2 — на2нр04-н20 (Л I табл. I) в области образования осадка переменного состава яри значениях л от п=1,00 до п=1,8 (табл. 9) протекает реакция

для которой

(и02БР04)т + Иа4 = (Ш1Ю2Р04)Т + Н+,

аМаи0оР0,[Н] к ¿4

К.

гр ^еро/1^

к

«КГр» = [Н]/[Ыа] изменяется от ~ 0,16 (средняя величина) до 0,026 (табл.13). Откуда сделано заключение, что осадок является твердым раствором соединений ио2нро4 и шио2ро.

Таблица 13

Система ио2(Ш3)2 — Ка2нр04-н20. (табл.1, № I).

Результаты расчета «Крр».

— : Ча = Сфаш ^^ = »МО3 : [На] : ‘<р»

1,00 0,46 0,541102НР04 4 6,87 0,0387 0,178 + О,4би02ШаР04

1,10 0,46 0,54 Ш2НР04 + 6,13 0,0435 0,141 + 0,4бШ2ГСаР04

1,50 0,74 О,2био2НР04 + 3,10 0,0565 0,055 + 0,74Ш2иаР04

1,80 0,92 0,08Ш2НР04 + 1,76 0,0670 0,026 + 0,92ТО2ЛаР04

_§_ч§??ертой_главэ изложены результаты определения по данным метода ОК констант устойчивости комплексных частиц, образующихся в жидкой фазе различных систем. Разработан способ проверки констант устойчивости и вычисляемых вместе с ними значений Пр соединений путем решения обратной задачи — вычислением остаточных концентраций осаждаемого поливалентного металла и лиганда с использованием найденных значений констант устойчивости и Пр.

Проведенные нами расчеты и с£с в системе У(Ш^- Н&Ь

-кон- н2о с использованием известных (стр./З ) значений констант устойчивости комплексов УН.ь^3-^- (¿= 0,1,2) и Пр соединения

г)

(п

ТН^ь показали, что расчетные и экспериментальные значения Су и с£с существенно различаются. Поэтому было предложено

использовать принципы метода растворимости [2,0.34-55] для расчета констант устойчивости.

Разработан алгоритм расчета констант устойчивости комплексных частиц и Пр соединений, образующихся в системах ^ 5 (м^у), 7,10,13 (табл.1) с различным числом компонентов.

Система Л 7 (табл.1) четырехкомпонентная: в ней ионы Ьа3+ не гидролизуются, лиганд не лротонируегся, поэтому в жидкой фазе отсутствуют протонированные частицы. В твердой фазе в равновесии с раствором находится тримэгафосфимат лантана БаС^р^н^ . Система № 13 (таблЛ )пятикомпонентная, но концентрация протонированных форм ферроцианида в жидкой фазе (табл.П) при значениях п > 0,9 много меньше концентрации непротонированного ферроцианида. Поэтому в этой системе образование протонированных комплексов можно не учитывать. В системе 10 (таблЛ) в жидкой фазе присутствует в основном протонированный лиганд нь~(табл.4), концентрацией других форм ( ъ2~ и н2ь° ) можно пренебречь. В этой системе существенная часть ионов хрома закомплексована с ионами хлора (табл.4). Система У(Ш3)-нбь-кон-н2о (Л 5, табл. I) пягикомпонентная, и в ней существуют комплексы ун.г/3-^- (стр. ). Константы

и

устойчивости комплексов [мь] и [мх2] для систем Ж* 7,10,13 (таблЛ) выражаются формулами

[мь] 1мь2]

Ку1 ~ ТмЙьГ ‘ 2 ~ [М][Ь]

Причем для комплексов системы (Л 10, табл.1) принято Ш = ГШ»] = =[Н03РИНд]. Константы устойчивости протонированных комплексов в системе * 5 (М^-у.табл. I) определяются выражением (1-9), в котором з = 0-5.

Расчет констант устойчивости основывался на использовании функции Ледена Ф [2, с Л 05] и других функций и выражений для Пр. Для систем М 7,10,13 (табл. I)

ф = + РуЛЫ

Для систем № 7 и 13 (табл.1 ) численная величина функции Ледена

определялась из выражения с£с- [М]

ф = —(4-1)

[М][Ы

В системе Л 10 (табл.1) численную величину функции Ледена находили по формуле

— [Сг](1 -|Зр[С1]2)

ф =

[Сг][НЬ]

в которой р2 — константа устойчивости комплекса СгС12 (стр.20) Для системы Л 5 (табл.1,мч+=У ) применялись другие функции:

Ф0 = Е Ф^Е -)•-] [Н]3′-1;

0=о 0=1

¿=5

% = 2 сн]3-3 и ф4 = р141 + р151[н].

3=3

Численную величину функции Ф>0 определяли по уравнению (4-1 ). После графического определения константы устойчивости комплекса УЪ3~((3101) рассчитывали численные значения функций Ф^-Фд, с использованием следующих выражений

Ф1 = (фо~Рю1)/[н]’ ф2 = (Ф1 ~ Рт)/^- фз = (ф2 ~ Р121>/[н1> Ф4 = (Ф3 — р131)/[Н] ж константы ^ ^ (з= 0,1,2,3) находили графически. Константы Р141 и р151 , а также константы и |Зу2 определял»! методом наименьших квадратов.

Необходимые для расчета значения концентраций незакомплексованных ионов и ьр_ находили с использованием выражений для произведения растворимости соединений, осаждающихся в соответствующих системах (табл.14). В системе Ик 7 (табл.1) для соединения Ьао^р^н^,

Пр = [ЬаПЬ]

В системе Л 13 (таблЛ) для соединения Зт4[Ре(СЫ)б]3

Пр = [¡йп]4[Ь]3 В системе № 10 (таблЛ) для соединения Сг(но3РШ2)2 (Ж>3)

Пр = [Сг][нь]2[К03], В системе № 5 (таблЛ, М5+=У) Пр соединения УЯ3Ь вычисляли по формуле (1-8).

Расчеты проводились методом последовательных приближений. Количество итераций составляло от двух до четырех. Начиная со второй итерации, полученные значения констант устойчивости и Пр проверяли, вычисляя с их помощью остаточную концентрацию металла и лиганда по формуле

„ _ 1 гпОС Т„0Сч , т лО Ь I м Ь

см

Получение в результате расчета константы устойчивости комплексов и Пр соединений, образующихся в перечисленных системах, собраны в таблице 14.

Рассчитанные на основе полученных констант устойчивости и значений Пр кривые остаточных концентраций ионов М34 и лиганда показали хорошую сходимость с экспериментом (рис.3 и 4), кроме системы № 10, для которой хорошая сходимость наблюдается только при п > 2,1. На расчетных кривых часто проявляется минимум при

значениях п, превышающих, порой весьма незначительно (рис.3,6), стехиометрические отношения 1 : М (п^ ) в соединениях.

Расчет констант устойчивости по данным метода ОК и их использование вместе с Пр для математического описания аналитических результатов и процессов комплексообразования позволяет выявить наряду с общими закономерностями индивидуальные особенности взаимодействия компонентов в системах, а также влияние

Рис.3. Зависимость рассчитанных кривых С^са (I) и с£с(2) от п в системе ЬаСГд — №3!. — ^О (табл.1,№7) ; о,х — экспериментальные точки (а — мелкий масштаб, б- крупный масштаб ) .

коиЛу.

Рис.4. Зависимость Су° от п в системе У(М03) 3 — — КОН -(табл.1, №5) : сплошная кривая — расчётная, пунктирная кривая — экспериментальная.

Таблица 14

Константы устойчивости комплексов и Пр соединений.

Система : Константы устойчивости Соединение и Пр : Ионная

А комплексов сила

(табл.1) МЪ : МЪ2

10 (2,3±1,0)103 (6,2+1,6)10® ЬаО^р^т^ 0,15-0,42

(4,2+1,2). Ю8

13 (1,9+1,0) Ю2 (5,14+0,05)Ю4 Бт4[Ре(ОЫ)6]3 0,1-0,37

(4,7+2,9) ЛО21

10 (2,3+1,3)10^ (1,2±0,4)109 Сг(Ш3РНН2 )2Ж)3 0,5

(5,8+1,4)).КГ11

5 р1И= (2,8+2,3)Ю23 УН3Ъ 0,02-0,05

(МЧ+=У) рш= (1,6+1,0)Ю26 (1,74±0,13).НГ37 рш= (5,6+3,2)Ю28 (3131= <1,7+0,6>Ю31 Р141= (1,6+1,3)Ю34

ВТст= (7.2+2,ОЮ35

свойств многовалентного металла и лиганда на их взаимодействие.

В_пятой_главе рассматриваются ошибки метода ОК и обсуждается возможность определения содержания воды в твердой фазе по данным метода ОК.

При расчете объемов смесей, жидких фаз смесей и объема твердой фазы установлено (на примере системы рь(сю4)2 — ^НРО^— Н2о, А 4, табл. I), что первые два объема не равны расчетному, а отличаются от него не более, чем на 1,5$ ( при СрЪ < 0,05), что ведет к систематической ошибке. Установлена математическая связь между систематической относительной ошибкой определения значений

п£ и отклонением объема смеси от расчетной величины. Найдено, что чем больше концентрация компонентов в системе и чем больше значение п, тем больше систематическая ошибка (рис.5). Но отклонение значений п от истинных определяется не систематическими ошибками, а главным образом, случайными, которые зависят от точности приготовления смесей и точности определения остаточных концентраций, но не зависят практически от концентрации компонентов. При определении остаточных концентраций с точностью 0,5% отклонение п£ от истинного значения могут доходить до 8% при больших значениях п (^9), а при стехиометрическом значении п случайная ошибка в десять раз меньше.

Практика определения п^ показывает, что отклонение этой величины может достигать 30% (табл.9) от истинного значения и

Рис.5. Зависимость относительной систематической ошибки определения Пр0 , от состава системы рь(сю4)2- №2НР04- Н£0:

а — с постоянной суммарной концентрацией СрЪ + с£0 =0,1

4

(кривая I), 0,255 (кривая 2) и 0,507 (кривая 3); б — с постоянной концентрацией СрЬ= «0,05

зависит от многих причин, в том числе от точности измерения рН (которая может доходить до ±0,05 ед. рН ), соотношения между концентрацией свободных и связанных ионов н+ и он~в жидкой фазе (уравнение (2-3)). Тем не менее во многих случаях п^ определяется с достаточно высокой точностью (табл.4,9,10).

На основании определения систематических и случайных ошибок метода ОК сделан вывод о возможности определения содержания вода в твердой фазе при. условии, что концентрация соли поливалентного металла достаточно высока и обеспечена высокая точность анализа концентрации ионов в жидкой фазе. Причем все концентрации должны быть выражены не в молярности, а в массовых процентах. Определение вода в гвердрой фазе продемонстрировано при изучении системы РЪ(ио3)2 — к2нро4 — н2о (» 4, табл. I).

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.

1. И.В.Тананаев. Физико-химический анализ в аналитической химии. Изв. сектора физико-химического анализа. 1950. Т.20, с.277-293.

2. Шлефер Г.Я. Комплексообразование в растворах; Ш: Химия, 1964, -380 с.

вывода

I.Разработан новый подход к интерпретации результатов, полученных методом ОК, дающий возможность более полно описать физико-химические процессы, протекающие в гетерогенных аквасистемах типа мх — вон — н2о (I), м(он)1Х(?_1 — вон — н2о (II), МХд — ВрЪ — н20 (III), мхч — Вр^кнкъ — Н20 (IV), Ы(ОН)1Хд_1 — Вр-^Н^Ъ — н20 (V), в которых составными частями являются: водорастворимая соль (средняя мх или основная м(0Н)1Х ^ )

поливалентного металла (м — металл 1-1У групп таблицы Д.И.Менделеева, в том числе <з- и /-элементы), осадитель -гидроксид щелочного металла или аммония вон , кислота НрЬ ( Ь -кислотный остаток, лиганд) или ее соли (средняя в ь или кислая вр..Аь ). Лиганды-анионы от одно- до восьмиосновной: фторид (Ь~), сульфат ( ), амидофосфат ( Ь2~ ), монофосфат ( 1?~ ),

ортованадат ( ), триметафосфимат { ), дифосфат ( Ь^-), пированадат ( ), ферроцианид ( X4-), нитрилотриметилфосфонат ( ъь~), этилендиаминтетраметилфосфонат ( Ь8_) и др.

Изучены реакции осаждения — комплексообразования в различных системах. Проведенная обработка собственных и литературных данных позволила существенно углубить картину взаимодействия в указанных системах.

2. Установлено число компонентов в системах типа Ш-У и др. Показано, что системы типа iv являются четырехкомпонентыми только тогда, когда катион М5+ не гидролизуется и кислотный остаток ьрне протонируется. В случае гидролиза катиона и протонирования лиганда хр~ системы типа Ту, а также системы типа v являются пятикомпонентными. Если в гидролизующихся системах типа iv происходят реакции окисления-восстановления, то они являются шестикомпонентными. Учет числа компонентов позволяет исключить ошибки при установлении состава твердой фазы в гидролизующихся системах.

3. Раскрыто соотношение между ионами Н+ и ОН» в гидролизующихся системах, введено понятие «остаточная концентрация ионов водорода», предложен способ ее расчета с использованием результьтатов измерения рН жидкой фазы, констант диссоциации слабых кислот и констант гидролиза ионов поливалентного металла, что позволяет определить содержание ионов н+ (ОН~) в

твердой фазе согласно принципам метода ОК и их концентрации, в свободном и связанном состоянии, в жидкой фазе гидролизующейся системы.

4.Показана возможность вычисления по данным метода ОК произведения растворимости (Лр)соединений, осаждающихся в многокомпонентных аквасистемах. Установлено, что произведение концентраций для соединения, являющегося компонентом твердого раствора меньше, чем Пр данного соединения. Если в системе последовательно образуются два соединения, а между ними существует область • осаждения твердой фазы переменного состава, то с помощью расчета — произведения концентраций и сравнения этой величины с величиной Пр можно установить, является ли осадок переменного состава твердым раствором соединений им их механической смесью.

5. разработан алгоритм итерационных расчетов констант устойчивости комплексов, образующихся в жидкой фазе системы, и Пр соединений по результатам исследования гетерогенных систем методом ОК с привлечением математического аппарата метода растворимости (например, функции Ледена).

Найден критерий оценки правильности определения констант устойчивости и Пр решением обратной задачи — расчетом с их использованием остаточной: концентрации поливалентного металла и лиганда.

6. Определены систематические и случайные ошибки метода ОК при расчете мольных отношений ь^-:!^»1″ в твердой фазе. Показана возможность определения содержания воды в осаждающихся соединениях при условии, что в системе достаточно высокое содержание компонентов и остаточные концентрации определяются с высокой точностью.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

работах:

1. Тананаев И.В., Розанов И.А., Береснев Э.Н. О взаимодействии нитрата тория с фосфорной кислотой и фосфатами натрия. // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1967. Г.З. № 5. С. 832-836.

2. Терешин Г.С., Береснев Э.Н. Расчет состава твердых фаз при исследовании гидролитических процессов методом остаточных концентраций.// Ж. неорган, химии. 1968. Т.13. * 7. C.I756-I76I.

3. Тананаев И.В., Розанов И.А., Береснев Э.Н. Произведение растворимости в методе остаточных концентраций. // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1969. Т.5. Ji 3. С. 416-426,

4. Тананаев И.В., Розанов И.А., Береснев Э.Н. Получение и свойствав орто- и пирофосфатов тория .// Ш Всесоюзное совещание по фосфатам: Тез. докл. — Рига. — 1971. Г.З. — С.465.

5. Тананаев И.В., Розанов Vi.А., Береснев Э.Н. Применение метода остаточных концентраций для исследования фосфатных систем, содержащих гидролизующиеся катионы.// Ш Всесоюзное совещание по фосфатам: Тез. докл. — Рига. — 1971. Г.З. — С.466.

6. Тананаев И.В., Розанов И.А., Береснев Э.Н. Взаимодействие нитрата тория с фосфорной кислотой и фосфатами натрия в водных растворах. // Язв. АН СССР. Неорган, материалы. 1976. Т.12. А 5. С.882-885.

7. Тананаев И.В., Розанов И.А., Береснев Э.Н. Исследование фосфатов тория. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1976, Т.12, & 5, С.886-890.

8. Розанов И.А., Медведева Л.Я., Береснев Э.Н. О триметафосфиматах хрома.// Коорд, химия. 1976. Т.2. № II. С, I47I-I476.

9. Розанов И.А., Береснев Э.Н., Новоторцев В.М., Сокол В.И. Триметафосфиматы никеля и кобальта. // у Всесоюзная конференция

«Физико-химическое исследование фосфатов»: Тез.докл. — Минск. 1976. С.248.

10. Розанов И.А., Медведева Л.Я., Береснев Э.Н., Сокол В.И. Триметафосфиматы меди.// Коорд. химия. 1978. Т.4. .№5. С.684-687.

11. Розанов И.А., Медведева Л.Я., Береснев Э.Н., Синтез триметафосфиматов двух- и трехвалентного железа.// I. неорган, химии. 1978. Т.23. » В. С. 2259-2260.

12. Розанов И.А., Мурашов Д.А., Бердников В.Р., Береснев Э.Н. Взаимодействие в системах тетраметафосфимат калия — хлорид лантанида — вода. // Коорд. химия. 1979. Т.5. Jfc 9. C.I3I9-I324.

13. Розанов И.А., Медведева Л.Я., Береснев Э.Н., Сокол В.И. Триметафосфиматы некоторых двухвалентных ¿-элементов.// Ж. неорган, химии. 1981. Т.26. №3. С.668-676.

14. Тананавв И.В., Терешин Г.С., Береснев Э.Н., Кузнецова О.Б., Гоева Л.В. Нитрилотриметилфосфонаты лантанидов.// Журн. неорган, химии. 1981. Т.26. Ä I. С.276-278.

15. Розанов И.А., Медведева Л.Я., Береснев Э.Н., Соколов Ю.А. Получение триметафосфиматов цинка, кадмия, ртути, их строение и термическое превращение.// V Всесоюзная конференция «Фосфаты-81»: Тез. докл.- Ленинград. 1981. ч. II. С. 395.

16. Тананаев И.В., Береснев Э.Н., Терешин Г.С., Кузнецова О.Б., Гоева Л.В. Эгилендиаминтетраметшфосфонаты лантанидов. // Ж. неорган, химии. 1931. Т. 26. Ä I. С.278-280.

17. Розанов И.А., Береснев Э.Н., Копьева М.А. Определение констант.диссоциации циклодинитридоимидодисульфофосфорнеой кислоты. // Ж. неорган, химии. 1981. Т.26. Л 9.С.2424-2426.

18. Розанов И.А., Медведева Л.Я., Мурашов Д.А., Береснев Э.Н. Тетраметафосфиматы кобальта, никеля, цинка. // Ж. неорган.химии. 1983. Т.28. * 2. С. 427-430.

19. Розанов И.А., Береснев Э.Н., Мадюскина Л. Л., Медведева

Л.Я. О комплексообразовании в растворах триметафосфиматов лантана и хрома. // Ж. неорган, химии. 1983. Т. 28. Л 8. С. 2137-2139.

20. Розанов Ж.А., Медведева Л.Я., Береснев Э.Н., Гоева Л.В. Моноамидофосфаты некоторых d-элементов. // VI Всесоюзная конференция «Фосфаты-84»: Тез. докл. — Алма-Ата. 1984. С.398.

21. Розанов И.А., Медведева Л.Я., Береснев Э.Н. Моноамидофосфат хрома. // I. неорган, химии. 1985. Т.30. Л» 5. C.II83-II86.

22. Розанов И.А., Береснев Э.Н., Медведева Л.Я., Гоева Л.В. Моноамидофосфаты кадмия и ртути. // Ж. неорган.химии. 1985. т.30. Я 12. С.3042-3046.

23. Тананаев И.В., Береснев Э.Н., Кузнецов Н.Т., Терешин Г.С., Криницкая Л.В. Получение оксипропилендендафосф-оната иттрия.// Тр. ИРЕА. Кошлексонн и их применение. 1985. С. 36-38.

24. Береснев Э.Н., Ходжамбердиев М.С., Медведева Л.Я., Розанов И.А., Орловский В.П., Батог В.Н. Осаждение ионов алюминия и циркония гидразином из водных растворов. // Ж. .неорган, химии. 1987. Т.32. JÎ 2. С.310-314.

25. Розанов И.А., Медведева Л.Я., Береснев Э.Н. Получение тетрагидрата тетраамидогринитридосульфодифосфоната натрия и расчет констант диссоциации тетраамидоциклотринитридосульфодифосфорной кислоты.// Ж. Неорган, химии. 1987. Т.32. JS 3. С.623-626.

26. Э.Н.Береснев, М.А.Копьева, О.Б.Кузнецова, И.А.Розанов. Об объемах смесей гетерогенных систем, изучаемых методом остаточных концентраций. // Ж. неорган, химии. 1987. Т.32. Ji 9. С.2248-2251.

27. Береснев Э.Н., Копьевз М.А., Розанов И.А., Тананаев И.В. Исследование фосфатных систем методом остаточных концентраций. // Всесоюзная конференция «Фосфаты-87»: Тез.докл.- Ташкент. 1987. С.9.

28. Э.Н.Береснев, М.А.Копьева, И.А.Розанов, Кузнецова О.Б., Зельвенский М.Я. Применение метода остаточных концентраций И.В.Тананаева для расчета констант устойчивости комплексов. // Ж. неорган.химии. 1988. Т.33. Л» 4. С. 861-866.

29. Э.Н.Береснев, М.А.Копьева, И.А.Розанов. Метод остаточных концентраций И.В.Тананаева и расчет содержания ионов водорода (ги-дроксила) в осадках. // Ж. неорган, химии. 1988. Т.33. № 10. С.2622-2624.

30. Береснев Э.Н., Ходжамбердиев М.С., Тананаев И.В., Орловский В.П., Парпиев К.Г., Минина H.A. Способ получения бинарных гидроксидов циркония и алюминия. Авт. свидетельство J6 1555288 от 8.12.1989.

1

31. Э.Н.Береснев, М.А.Копьева, М.Д.Вальковский. Метод остаточных концентраций И.В.Тананаева и определение содержания воды в твердых фазах. // Ж. неорган, химии. 1990, Т. 35, № 2, С.485-489.

32. Береснев Э.Н., Копьева М.А., Кузнецова О.Б. История метода остаточных концентраций. // Всес. конференция по истории и методологии аналитической химии.: Тез. докл.- Москва. 1990. C.I33.

33. Береснев Э.Н., Русакова P.A., Копьева М.А. Интерпретация результатов исследования некоторых систем методом остаточных концентраций. // Ж. неорган, химии. 1991. Т.36. № I. 0.224-227.

34. Береснев Э.Н., Копьева М.А., Ходжамбердиев М.С. Соосаждение гидроксидов алюминия и циркония из водных растворов гидразином. // Ж. неорган, химии. 1991. Т.36. Ji 5. С. II45-II49.

■35. Кадошникова Н.В., Береснев Э.Н., Русакова P.A., Скориков В.М., Изучение условий осаждения меди моноэтаноламином. // Ж. неорган, химии. 1991. Т.36. 1?. С. 1698-1702.

36. Береснев Э.Н., Копьева М.А., Ходжамбердиев М.С.

Соосаждение гидроксидов алюминия и циркония из водных растворов моноэтаноламином. // Ж. неорган, химии. 1991. Т.36. № 8.С I936-1938.

37. Береснев З.Н., Копьева М.А., Ходжамбердиев М.С. Соосаждение гидроксидов циркония и алюминия и их превращения при нагревании. // Всес. конференция «Оксид циркония»: Тез. докл. Звенигород,- 1991. С.22.

38. Э.Н.Береснев, М.А.Копьева, Т.И.Красовская, М.Д.Вальковский. Расчет системы Smci3-Xi4(cií)6-H20. // Ж. неорган, химии. 1994. Т.39. Jí 3. С. 517-522.

39. Э.Н.Береснев, М.А.Копьева, Т.И.Красовская, М.С.Ходжамбердиев. Расчет констант устойчивости комплексов, образующихся в системе Cr(N03)3 — KKPO^NHg — KCl — н2о. // Ж. неорган, химии. 1995. Г.4. № 2. С. 300-304.

40. Тананаев И.В., Розанов И.А., Авдуевская К.А., Береснев Э.Н., Бердников В.Р. Фосфаты четнрехвалентннх элементов. М.: Наука, 1972. 96 С.

41. Э.Н.Береснев. Метод остаточных концентраций. М.: Наука. 1992. ПО С.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти сайт без комплексов
  • Как найти родственника на украине бесплатно
  • Как найти призрака сталкер тень чернобыля
  • Как найти мошенника в другой стране
  • Как найти отметки нравится в инстаграм