К ВОПРОСУ ОБ ИСССЛЕДОВАНИИ СВОЙСТВ ВОДНО-ИЗОПРОПАНОЛЬНЫХ РАСТВОРОВ ХЛОРИДОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

ON THE STUDY OF THE PROPERTIES OF WATER- ISOPROPANOL SOLUTIONS OF ALKALI METAL CHLORIDES

Olesya Ahmadullina

graduate student, Department of Genetics and Chemistry, M. Akmulla Bashkir State Pedagogical University,

Russia, Ufa

АННОТАЦИЯ

Показано, что при получении осадков хлоридов натрия и калия из водно-изопропанольных насыщенных растворов в равновесных условиях добавки изопропанола понижают размеры образующихся микрокристаллов.

ABSTRACT

When we obtain the precipitates of sodium and potassium chlorides from water-isopropanol saturated solutions under equilibrium conditions, the isopropanol additions reduce the size of the formed micro crystals.

Ключевые слова: хлориды натрия и калия, водно-изопропанольные растворы.

Keywords: sodium and potassium chlorides, water-isopropanol solutions.

При комнатной температуре готовили водные насыщенные растворы NaCl и KCl. Далее в коническую колбу вносили определенный объем насыщенного раствора соли, а затем объем изопропанола, отмеренных градуированными пипетками. Полученные водно-спиртовые растворы  перемешивали с помощью электромешалки в течение 2-3 ч. В этом временном интервале через каждый час фиксировали момент образования кристаллов: пипеткой отбирали каплю пробы исследуемого раствора, помещали на предметное стекло, а затем рассматривали под микроскопом Levenhuk 670DT. Одновременно производили фотографирование момента образования кристаллов. После достижения в  растворах равновесного состояния кристаллический осадок отделяли от жидкой фазы с помощью воронки Бюхнера с водным вакуумным насосом.

Измерение электропроводности фильтратов (жидкой фазы) проводили кондуктометрическим методом на приборе UNIPRACTIC. На основании полученных результатов измерения электропроводности различных серий водно-пропанольных растворов солей рассчитали ряд характеристик, используя программу «Oridgin PRO 2018».

В табл. 1 представлены результаты расчетов процентного состава трехкомпонентной системы NaCl–H₂O–iC₃H₇OH и KCl–H₂O–iC₃H₇OH, соответственно.

Таблица 1.

Процентный состав трехкомпонентных систем

Хлориды натрия и калия, имеющие ионные связи, хорошо растворяются в сильнополярной (e = 78,53) водной среде.  При добавлении к водным растворам исследуемых солей менее полярного изопропилового спирта (e = 18,30) растворимость значительно понижается.  Из табл. 1 видно, что при увеличении объемной доли изопропанола до 90% массовая доля NaCl в растворе снижается в 1,7 раза, а KCl в 1,5 раза, соответственно. При варьировании объемного содержания изопропилового спирта от 10 до 90% растворимость NaCl снижается в 158 раз, KCl – в 79 раз. Основной причиной такого влияния, прежде всего, является понижение диэлектрической проницаемости жидкой фазы, состоящей из смеси полярной воды и малополярного изопропанола.

Растворимость твердых веществ в жидкостях можно характеризовать, рассматривая процессы кристаллизации веществ из жидких растворов. Кристаллизация из водно-пропанольных растворов происходила при температуре 25 ^оС. Фотографии кристаллов, полученных  из трехкомпонентной системы KCl–H₂O–iC₃H₇OH,  представлены на рис. 1.

1                                           2                                                3

Рисунок 1. Кристаллические осадки, полученные из водно-изопропанольных растворов KCl: содержание iC₃H₇OH: 1-10, 2-50 и 3-90% об.

Кристаллооптический анализ показал, что в водно-спиртовых растворах нарушается морфология образующихся кристаллов в сравнении с кристаллами, выделяющимися из водных растворов. Увеличение концентрации изопропанола приводит к уменьшению размеров кристаллов солей до сотни раз.

Исследовали влияние концентрации изопропанола на электропроводность трёхкомпонентной системы MeCl–iC₃H₇OH–H₂O. Фрагмент результатов статистической обработки данных определения электропроводности водно-изопропанольных растворов NaCl представлены в табл. 2 (W – измеренная электропроводность раствора, K – удельная электропроводность, λ – молярная электропроводность).

Таблица 2.

Трёхкомпонентная система хлорида натрия в 10 % водно-изопропанольном растворе: NaCl–iC₃H₇OH–H₂O

1) МНК √c от λ: R = 0.9627; отч = 9.95*10⁵±5.11*10³; tgα = 3.23*10⁵±3.43*10⁴; λ₀ = 0.588119±0.118926.

2) МНК λc от 1/λ: R = 0.7537; отч = 2.06024∙10^-5±0.5∙10^-5; tgα = 4.99225∙10^-8±0.9∙10^-8; λ₀ = 4.13∙10¹±5.13∙10².

Для сильных электролитов уравнение Кольрауша [1, с. 21]:

λ = λ_о – а√С                                                                         (1)

а – постоянная, зависящая от природы растворителя, температуры и валентного типа электролита;

 λ – молярная электропроводность;

λ_о – молярная электропроводность при бесконечном разбавлении;

С – концентрация раствора, моль/л.

Для слабых электролитов уравнение Краус-Брэя [2, с. 7]:

1/λ = 1/λ_о + λc/К_д λ_о²                                                              (2)

K_д – константа диссоциации электролита.

Из результатов обработки данных МНК следует, что зависимость √c от λ имеет коэффициент корреляции R = 0.9627, т.е. приближается к единице. А зависимость λc от 1/λ имеет коэффициент корреляции R = 0.7537. Таким образом, предлагаемый метод позволяет просто и достаточно правильно определить силу электролита: например, в 10 % водно-изопропанольном растворе NaCl проявляет свойства сильного электролита. На основании всех обработанных данных можно сделать важный вывод, что с увеличением доли изопропанола в водно-спиртовом растворе хлориды натрия и калия проявляют свойства слабых электролитов.

Список литературы:

1. Сваровская, Н.А. Электрохимия растворов электролитов. Ч. 1. Электропроводность  / И. А. Шабанова, И.М. Колесников, В.А. Винокуров. – М.: Издат. центр РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2017. – 66 с.
2. Сваровская, Н.А. Растворы электролитов. Определение констант диссоциации слабого электролита методом электропроводности / Н. А. Сваровская, С.Н. Бабаев, В.А. Винокуров. – М.: ООП РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2017. – 14 с.