УӘли айтолқын сайлаубекқызы карбон қышқылдары ерітінділері мен олардың металл және бейметалл иондарымен әрекеттесу процестерінің физика-химиялық параметрлері



жүктеу 441.29 Kb.
бет1/3
Дата09.07.2016
өлшемі441.29 Kb.
  1   2   3
ӘОЖ 543:541.1 Қолжазба құқығында

УӘЛИ АЙТОЛҚЫН САЙЛАУБЕКҚЫЗЫ

Карбон қышқылдары ерітінділері мен олардың металл және бейметалл иондарымен әрекеттесу процестерінің физика-химиялық параметрлері

02.00.04-Физикалық химия

Химия ғылымдарының кандидаты

ғылыми дәрежесін алу үшін дайындалған диссертацияның
авторефераты

Қазақстан Республикасы

Қарағанды, 2009


Жұмыс академик Е.А. Бөкетов атындағы Қарағанды мемлекеттік университетінің физикалық және аналитикалық химия кафедрасында орындалған.

Ғылыми жетекшісі: химия ғылымдарының докторы,

профессор Әмірханова Ш.К.

Ресми оппоненттері: химия ғылымдарының докторы

Әгелменев М.Е.


химия ғылымдарының кандидаты,

доцент Құспекова Ш.А.

Жетекші ұйым: ҚР БҒМ ҒК «А.Б. Бектұров атындағы химия ғылымдарының институты» РМК

Қорғау «30» мамыр 2009 жылы сағат 11.00-де Е.А. Бөкетов атындағы ҚарМУ-дағы БД 14.07.01 диссертациялық кеңесінде өтеді. Мекен-жайы: 100028, Қарағанды қаласы, Университет көшесі, 28, химия факультеті, отырыс залы.


Диссертациямен Е.А. Бөкетов атындағы ҚарМУ-дың кітапханасында танысуға болады.

Автореферат «___» _______ 2009 ж. таратылды.

БД 14.07.01 диссертациялық кеңесінің

ғалым хатшысы, х.ғ.д., профессор Л.К. Сәлкеева



ЖҰМЫСТЫҢ ЖАЛПЫ СИПАТТАМАСЫ

Жұмыстың өзектiлiгi. Комплекс түзу химияның iргелi құбылыстарының қатарына жатады. Материяның эволюция процесiнде атомды-молекулалық бөлшектердiң элементарлы химиялық реакцияларымен қатар, нәтижесiнде минералды және биологиялық табиғатты заттардың өте күрделi нысандарының түзiлуiне алып келетін металдар мен кейбiр бейметалдардың иондалған атомдарының әрекеттесу процестерi жүрiп отырды. Соңғы жарты ғасыр iшiнде зерттеушiлердiң негiзгi көңiлi комплекс түзу процестерiнiң стереохимиясы, химиялық кинетикасы мен термодинамикасын зерттеуге бөлiнiп отыр. Координациялық химияның дамуының қазiргi кезеңi металдар мен бейметалдардың биологиялық белсендi заттармен, соның iшiнде құрамында карбоксил топтарының болуына байланысты жоғары физиологиялық белсендiлiкке ие карбон қышқылдарымен қосылыстарына деген қызығушылықпен сипатталады. Металдар мен бейметалдардың карбоксилатты комплекстерi ағзалардың тiршiлiгiн қамтамасыз ететiн биохимиялық процестерде маңызды рөл ойнайды.

Демек, карбон қышқылдарының металдар және бейметалдармен комплекстi қосылыстарының түзiлу процестерiнiң термодинамикалық және кинетикалық параметрлерiн зерттеу координациялық химияның өзектi мәселелерiнiң бiрi және де медика-биологиялық жүйелердi модельдеу мен қолданбалы тапсырмаларды шешуде тиiмдi агенттердi iздеуде қызығушылық тудырады. Әдебиетте бұл мәселелерге байланысты мәлiметтер жоқ, осыған сәйкес зерттеулер өзектiлiгi күмән тудырмайды.



Мәселенiң зерттелу дәрежесi. Карбон қышқылдарының металл иондарымен комплекс түзу процестерiн зерттеуге А.К. Чарыков, Н.Н. Осиповтiң еңбектерi арналған, оларда карбон қышқылдарының металдыкомплекстерi мен химиялық анализде қолданылуы қарастырылған. Сiлтiлi және сiлтiлi-жер металдармен карбон қышқылдарының комплекс түзу процестерiне әр түрлi факторлардың әсерi Т. Е. Зеленина, О. Ю. Зеленин, Л. А. Кочергина (Ресей) және т.б. белсендi зерттелуде. Жоғары карбон қышқылдары класының өкiлдерiн ауыр металдардың экстракциясында қолдану мүмкiндiгi С. Досмағанбетовамен (Қазақстан) зерттелген болатын. Металдар мен бейметалдардың карбоксилатты комплекстерiнiң түзiлу процестерiнiң термодинамикасы мен кинетикасын зерттеуге негiзделген бұл мәселенiң жоғары зерттелу дәрежесiне қарамастан әдебиетте карбон қышқылдарының металл мен бейметалл иондарына және бейметалл табиғатты комплекс-түзушi иондарға қатысты комплекс түзу қабiлетi бойынша; осы жүйелердегi әрекеттесу реакцияларының физика-химиялық сипаттамалары бойынша мәлiметтер табылған емес.

Жұмыстың мемлекеттiк ғылыми бағдарламалар жоспарымен байланысы. Диссертациялық жұмыс Е. А. Бөкетов атындағы ҚарМУ-нiң физикалық және аналитикалық химия кафедрасында 2007-2012 жж. «Металдар мен бейметалдардың әр түрлi органикалық лигандтармен әрекеттесуiнiң ғылыми негiздерi» (мемл. тiркеу № 0107РК00423) тақырыбы бойынша ынталылық iргелi зерттеулер бағдарламасы бойынша орындалды.

Жұмыстың мақсаты мен тапсырмалары. Карбон қышқылдары ерітінділері мен олардың металл және бейметалл иондарымен әрекеттесу процестерінің физика-химиялық параметрлерін анықтауға негiзделген диссертациялық зерттеу мақсатына сәйкес келесi тапсырмалар қойылды:

  • сулы және сулы-органикалық ерiтiндiлерде кейбiр карбон қышқылдарының физика-химиялық қасиеттерiн зерттеу мен ортаның зерттелетiн объектiлердiң комплекс түзушi қабiлетiне әсерiн қарастыру;

  • иондық күш пен температура әсерiнде карбон қышқылы - металл ионы мен карбон қышқылы – бейметалл ионы жүйелерiнде түзiлетiн комплекстi қосылыстардың тұрақтылық константаларын анықтау;

  • фондық электролит иондары қатысында металл мен бейметалл иондарының карбоксилат-иондарымен әрекеттесу процестерiнiң термодинамикалық заңдылықтарын орнату;

  • металл және бейметалл иондарының карбон қышқылдары аниондарының (тартрат-, малеинат-, сукцинат) әрекеттесу процестерiнiң кинетикалық параметрлерiн анықтау.

Зерттеу объектілері. Сулы ерітінділердегі карбон қышқылдарының металл және бейметалл иондарымен түзетін комплексті қосылыстары мен олардың түзілу процестерінің физика-химиялық параметрлері.

Ғылыми жаңалығы. Жүйелiк зерттеулер нәтижесiнде алғаш рет:

  • температура мен органикалық ерiткiш концентрациясының әсерiнде кейбiр карбон қышқылдарының сулы және сулы-органикалық ерiтiндiлерiнде транспорттық сипаттамалары мен қышқылдық күшi зерттелдi; зерттелетiн объектiлердiң комплекс түзушi қабiлетiне сольватты эффектiлердiң әсерi орнатылды;

  • фондық электролиттiң концентрациясы мен температураның әсерiнде карбон қышқылы – металл ионы мен карбон қышқылы – бейметалл ионы жүйелерiнде түзiлетiн комплекстi қосылыстардың тұрақтылық константалары анықталды;

  • түрлi факторлардың әсерiнде металл мен бейметалл иондарының карбоксилат-аниондармен әрекеттесу нәтижесінде түзілетін қосылыстарының термодинамикалық тұрақтылығы анализдендi;

  • металл және бейметалл иондарының карбон қышқылдарымен химиялық әрекеттесу реакцияларының кинетикалық параметрлерi есептелдi.

Практикалық құндылығы. Карбон қышқылдарының металл және бейметалдармен комплекстi қосылыстарының түзiлу процестерi, құрамы, тұрақтылық константалары мен термодинамикалық тұрақтылығы, органикалық лигандтардың қасиеттерi жөнiндегi тәжiрибелiк жолмен анықталған мәлiметтер ұқсас қосылыстардың бағытты синтезiн жүргiзуде оптималды жағдайларды таңдау үшiн қолдануға болады. Карбон қышқылдарының кейбiр металдар және бейметалдармен әрекеттесуiнiң орнатылған физика-химиялық заңдылықтары координациялық химияның дамуына үлесiн қосады.

Қорғауға ұсынылатын негiзгi қағидалар:

  • сулы және сулы-органикалық ерiтiндiлерде кейбiр карбон қышқылдарының қасиеттерi мен ортаның зерттелетiн объектiлердiң комплекс түзушi қабiлетiне әсерiн физика-химиялық зерттеу;

  • иондық күштiң әсерiнде карбоксилат-иондарының металдар және бейметалдармен әрекеттесуi нәтижесiнде түзiлетiн комплекстi қосылыстардың температуралық тұрақтылығы;

  • карбон қышқылдарының металл және бейметалдармен әрекеттесу процестерiнiң термодинамикалық заңдылықтары; термодинамикалық функциялардың температураға тәуелдi және температураға тәуелсiз құраушылары;

  • карбон қышқылы-металл мен карбон қышқылы-бейметалл сулы жүйелерiнде әрекеттесу процестерiнiң кинетикалық параметрлерi.

Жұмыстың дәйектелуi. Диссертациялық жұмыстың негiзгi нәтижелерi «Экологияның өзектi мәселелерi» (Қарағанды, 2004) халықаралық ғылыми-практикалық конференциясында, «Химия мен биология облысындағы бiлiм мен ғылымның өзектi мәселелерi» (Алматы, 2005) халықаралық ғылыми конференциясында, «Наука и образование – 2006» (Мурманск, 2006) халықаралық ғылыми-техникалық конференциясында, «Ломоносов – 2006, 2008» (Москва, 2006, 2008) iргелi ғылымдар бойынша жас ғалымдардың халықаралық конференциясында, «Шоқан тағылымы – 11, 12» (Көкшетау, 2006-2007) халықаралық ғылыми-практикалық конференциясында, «Химия, химическая технология на рубеже тысячелетий» (Томск, 2006) халықаралық ғылыми конференциясында, «Теориялық және тәжiрибелiк химия» (Қарағанды, 2006) III халықаралық ғылыми-практикалық конференциясында, С. Аманжолов атындағы ШҚМУ-нiң 55-жылдығына арналған «Аманжолов оқулары-2007» (Өскемен, 2007) халықаралық ғылыми-практикалық конференциясында, on XVI International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia (RCCT-2007), (Suzdal, Russia, 2007), «Қазiргi Қазақстандағы инновациялық даму және ғылымның қажеттiлiгi» (Алматы, 2007) республикалық ғылыми-практикалық конференциясында, Химия және химиялық технология бойынша VI Халықаралық Бірімжанов съезінде (Қарағанды, 2008), on International conference «Chemistry in the New World of Bioengineering and Synthetic Biology» (Oxford, United Kingdom, 2008) баяндалып, талқыланған.

Автордың жеке үлесi теориялық және тәжiрибелiк бөлiмдердi тiкелей орындауда, алынған нәтижелердi анализдеп-өңдеуде және оларды ғылыми басылымдар ретiнде дайындауда жатыр.

Басылымдар. Диссертацияның негiзгi нәтижелерi бойынша 19 ғылыми еңбек, соның iшiнде ҚР БҒМ БҒСБК ұсынған басылымдарда 5 мақала жарық көрген.

Жұмыстың құрылымы мен көлемi. Диссертациялық жұмыс кiрiспеден, 5 тараудан, қорытындыдан, пайдаланылған әдебиет тiзiмiнен және қосымшадан тұрады. Библиографиялық әдебиеттер тiзiмi – 104. 102 тұратын диссертациялық жазбаға 16 сурет және 46 кесте енген.
ЖҰМЫСТЫҢ НЕГІЗГІ БӨЛІМІ

Кіріспеде бұл мәселенің қазіргі кездегі қарастырылу дәрежесі, зерттеулердің өзектілігі, ғылыми маңызы мен практикалық мәні негізделген.



1. Металл және бейметалл иондарының карбон қышқылдармен комплексті қосылыстар химиясының қазіргі кездегі жағдайы

Диссертацияның бірінші бөлімінде карбон қышқылдарын комплексондар ретінде сипаттайтын физика-химиялық қасиеттерін зерттеу, металл және бейметалдардың карбоксилатты комплекстер химиясын зерттеудің жағдайы бағаланған. Комплекс түзу процестеріне, демек әрекеттесу реакцияларының термодинамикасында көрініс табатын, әр түрлі сыртқы факторлардың әсері жайында мәліметтер талқыланып, жүйелендірілген. Ғылыми әдебиеттің анализі реакция механизмін толықтай аша түсетін комплекстүзу процестерінің термодинамикалық және кинетикалық параметрлерін терең зерттеу жөнінде мәлімет етеді.



2. Тәжірибелік бөлім

Екінші бөлім жұмыста қолданылған зерттеу әдістерінің теориялық негіздерін мазмұндауға арналған. Карбон қышқылдарының металл және бейметалл иондарымен әрекеттесу процестерінің термодинамикалық және кинетикалық параметрлерін есептеу әдістері келтірілген.


3. Карбон қышқылдарының физика-химиялық сипаттамаларын сулы және сулы-органикалық орталарда зерттеу

3.1 Кейбір карбон қышқылдарының тасымалдаушы сипаттамаларының температуралық тәуелділігі

Жұмыс барысында кейбір карбон қышқылдарының сулы ерітінділердегі молекуланың () және аниондардың () шекті эквиваленттік электр өткізгіштігі, өзіндік диффузия коэффициенті ( және ), анион маңындағы су молекулаларының трансляциялық қозғалысының белсенділік энергиясының өзгеруі () сияқты тасымалдаушы параметрлердің концентрация мен температурадан тәуелділігі анықталды (кесте 1).



Кесте 1 - , (См·м2/г-экв), , 2/с), 2/(В·с)) және (Дж/моль) температурадан тәуелділіктері


Қышқыл

Т, К













H2Tar

298

68,75

68,41

17,65

18,29

70,89

-20,68

303

64,50

64,14

19,65

17,45

66,46

-11,61

308

67,35

66,95

21,70

18,52

69,38

-2,84

313

72,65

72,23

23,29

20,30

74,85

5,65

318

76,16

75,71

24,92

21,62

78,46

13,90

H2Suc

298

48,38

48,04

17,62

12,87

49,79

0,78

303

49,58

49,21

19,61

13,41

51,00

-3,32

308

54,90

54,50

21,68

15,10

56,48

-7,28

313

51,55

51,13

23,24

14,40

52,98

-11,11

318

49,60

49,16

24,84

14,08

50,94

-14,82

303–308 К температура интервалында таза судың құрылымдылығы өзгеріске түседі, шарап қышқылы үшін судың құрылымдылығы артса, янтар қышқылының жағдайында ол кеми түседі, бұл карбон қышқылдарының құрылымдарының ерекшеліктерімен байланыстырылады.


3.2 Карбон қышқылдарының қышқылдық күшіне сулы-органикалық еріткіштің әсерін зерттеу

Жұмыста карбон қышқылдарының қышқылдық тұрақтыларына органикалық еріткіштің (ДМФА) әсері қарастырылды (кесте 2).


Кесте 2 - Карбон қышқылдарының рКа-сына сулы-органикалық еріткіштің әсері (278 К)


Қышқыл

рКа 1

10 %

20 %

30 %

40 %

H2Tar

4,37

6,05

7,73

8,32

7,65

H2Suc

5,63

7,08

7,18

7,83

7,31

Бір ізділік жуықтау әдісін қолданумен су мен ДМФА-ның тепе-теңдік концентрациялары, органикалық компоненттің моль саны, гидроксоний иондары мен қышқыл молекуласының сольваттану процестерінің тұрақтысы, және де гидроксоний иондарының гидраттану саны анықталды (n) (кесте 3). Қоспадағы ДМФА мөлшері ұлғайған сайын қышқылдың диссоциациаланбаған молекулаларының сольваттану дәрежесі төмендейді, ерітінді зарядталған бөлшектермен ассоциаттар түзеді. Бұл шарап қышқылына тән болса, янтар қышқылының жағдайында сукцинат-иондарының еріткішпен координирлену процестерімен түсіндірілетін кері тәуелділік анықталды.


Кесте 3 - Карбон қышқылдарының сольваттану процестерінің параметрлері


Қышқыл





а

0 %

10 %

20 %

30 %

40 %

10 %

20 %

30 %

40 %

H2Tar

4,37

6,37

6,41

6,43

6,45

0,56

2,55

4,623

3,15

H2Suc

5,63

5,54

5,80

5,95

6,06

231

10,15

1,68∙10-5

0,25

Қышқыл

n



H2Tar

16,73

16,29

16,30

16,42

16,31

7,68

3,90

2,73

3,64

H2Suc

7,50

7,17

6,90

6,89

6,89

1,48

2,95

7,74

6,77

ДМФА ерітіндісіндегі карбон қышқылдарының рКа мәндері анықталды, олардың негізінде сулы және органикалық еріткіштердегі түзілетін ассоциаттардың белсенділігі мен сольваттану процестерінің Гиббс энергиясы есептелді (кесте 4, сурет 1).

Кесте 4-Карбон қышқылы – ДМФА – су жүйесіндегі түзілетін ассоциаттың белсенділік коэффициенті


Қышқыл

lgf (Н2О)

lgf (ДМФА, ω, %)

70

80

90

100

H2Tar

0,44

4,15

9,44

14,47

15,77

H2Suc

3,48

5,8

9,15

10,13

Сурет 1- Сулы-диметилформамидті ерітінділердегі карбон

қышқылының сольваттану процестерінің Гиббс энергиясы: 1- H2Tar, 2 – H2Suc

  1   2   3


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет