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

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.

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.

• 
  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.
  

• 
  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.
  

• 
  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.
  

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

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.

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.

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).

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.

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

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.

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