Исследование комплексообразования ПКЭАК с ионами двухвалентных металлов

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство образования и науки Республики Казахстан

СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени ШАКАРИМА

МАГИСТРАТУРА ФЗ и ЗОС

КАФЕДРА ХИМИИ И ЭКСПЕРТИЗЫ

Курсовая работа

Исследование комплексообразования ПКЭАК с ионами двухвалентных металлов

Исполнитель Сальменбаев С. Е.

Научный руководитель Кудайбергенов С. Е.

Допущена к защите

Зав. Кафедрой Яшкарова М. Г.

СЕМИПАЛАТИНСК — 2008

РЕФЕРАТ

Курсовая работа содержит: 40 страниц, 9 рисунков, 8 таблиц, приложений, список литературы включает 14 наименований.

Тема: «Исследование комплексообразования ПКЭАК с ионами двухвалентных металлов»

Результатом исследования является полиамфолит бетаиновой структуры поли (карбоксиэтил 3-аминокротонат) (ПКЭАК) синтезированный в институте полимерных материалов и технологий г. Алматы.

Цель работы: исследование взаимодействия полиамфолита с ионами металлов и изучение возможности его практического применения.

Работа выполнена на кафедре химии и экспертизы Семипалатинского

Государственного университета имени Шакарима.

В работе был использован метод потенциометрического титрования.

Были исследованы:

1. Исследование взаимодействия линейного полиэлектролита с ионами двухвалентных металлов: Ca, Sr, Ni, Co, Cd, Pb, Zn, Cu.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Перечень сокращений, символов и обозначений

1. Теоретическая часть

1.1 Комплексы водорастворимых полимеров с различными классами соединений

1.2 Комплексы полимеров с низкомолекулярными соединениями

1.2.1 Комплексы полимер — ион металла

1.3 Амфотерные полиэлектролиты

1.4 Применение комплексов полимер — металл в катализе

2. Методическая часть

2.1 Характеристика исходных веществ

2.2 Методика исследования

3. Экспериментальная часть

3.1. Результаты и обсуждение

4. Заключение

5. Список использованных источников

6. Приложения

Введение

Актуальность темы

Известно, что число полиамфолитов и полимерных бетаинов весьма ограничено. Линейные и слабосшитые полимерные бетаины, содержащие кислотные и основные функциональные группы, представляют большой интерес, так как они наиболее близки по свойствам к природным полимерам. Исследование полиамфолитов и их взаимодействий с самыми различными соединениями (комплементарными макромолекулами, белками, ионами металлов, лекарственными веществами и т. д.) интересно с точки зрения моделирования процессов, протекающих в биологических системах, а также возможного использования в различных процессах — в процессах извлечения ионов металлов, разделения, очистки и концентрирования белков, иммобилизации и контролируемом высвобождении лекарственных веществ и т. д.

Данная работа посвящена исследованию процессов комплексооборазования поли (карбоксиэтил 3-аминокротоната) с ионами двухвалентных металлов.

Цель работы

1) Исследование комплексообразования ПКЭАК с ионами двухвалентных металлов потенциометрическим титрованием.

Научная новизна темы

Научная новизна данной работы в том, что исследуемый объект является совершенно новым полиэлектролитом, ранее еще не исследованным. Полученные результаты могут быть использованы при извлечении металлов из природных и сточных вод, создании полимерных катализаторов, биомедицинских препаратов.

Достоверность полученных данных

Полученные данные подтверждают комплексообразование полиамфолита с ионами двухвалентных металлов.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, СИМВОЛОВ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ПКЭАК — поли-карбоксиэтил 3-аминокротонат

ПМК — полимер-металлические комплексы

ИЭТ — изоэлектрическая точка

ПЭГ — полиэтиленгликоль

ТПМК — тройные полимер — металлические комплексы

ПЭК — полиэлектролитные комплексы

ПА — полиамфолит

ПЭ — полиэлектролит

П4ВП — поли-4-винилпиридин

ПВПД — поливинилпиролидон

ВМС: высокомолекулярные соединения.

Me: металл.

др.: другое.

ИК: инфракрасный.

ПМК: полимер металлические комплексы.

ИОС: ионно-обменные смолы.

ИПК: интерполимерные комплексы.

х.ч.: химически чистый.

1. Теоретическая часть

1.1 Комплексы водорастворимых полимеров с различными классами соединений

Исследование взаимодействий комплементарных макромолекул и продуктов этих реакций — полимерных комплексов представляет одну из важнейших проблем химии и физики полимеров и молекулярной биологии [1−3].

Комплементарными называются разнородные макромолекулы, содержащие функциональные группы, которые способны к специфическим взаимодействиям, а геометрическое строение цепей не создает препятствий для возникновения достаточно большого числа межмолекулярных связей. Это могут быть водородные связи, электростатические, ион-дипольные, ван-дер-ваальсовые и гидрофобные взаимодействия.

Интерес к данной проблеме связан с тем, что взаимодействие комплементарных структур и продукты их ассоциации играют исключительно важную роль в живых организмах (это образование двойных и тройных спиралей комплексов полинуклеотидов, надмолекулярных структур клеток вирусов, комплексов фермент-субстрат, антиген-антитело). Классическим примером кооперативного интерполимерного комплекса является двойная спираль из комплементарных цепей ДНК. Изучение подобных взаимодействий, но с участием синтетических комплементарных макромолекул делает возможным моделирование процессов, протекающих в биологических системах, на сравнительно простых полимерных объектах, т. е. позволяет осуществить подход к биологическим системам и протекающим в них процессам со стороны химии.

С другой стороны, продукты взаимодействия комплементарных макромолекул — полимерные комплексы являются, по существу, новыми полимерными материалами, хотя и получены в большинстве случаев из известных полимеров при простом смешении растворов взаимодействующих компонентов в общем растворителе. Это открывает новые пути рационального использования известных полимеров и сам процесс комлексообразования можно рассматривать как способ модификации традиционных полимеров.

По типу специфических взаимодействий, обуславливающих комплексообразование, различают комплексы, обусловленные ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями (например, комплексы стереоизомеров полиметилметакрилата), электростатическими взаимодействиями (полиэлектролитные комплексы), комплексы с водородными связями (комплексы неионогенных полимеров с поликарбоновыми кислотами), комплексы с координационными связями (например, комплексы полимер-металл).

Существует большой класс так называемых молекулярных комплексов, которые являются продуктами невалентных взаимодействий, в основном, неионогенных полимеров — полиэтиленгликоля (ПЭГ) с резорцином, поливинилпиролидона (ПВПД) с фенолами, высокомолекулярные соединения включения полиэтиленгликоля с мочевиной, тиомочевинной, пергидротрифениленом, солям ртути, поливинилового спирта (ПВС) с йодом и боратами. К молекулярным комплексам относятся комплексы, образующиеся между гетероатомом (O, N, S, P)-содержащими полимерами и ионами щелочных и щелочно-земельных металлов. Эти комплексы стабилизированы ион-дипольными взаимодействиями. Наряду с основным взаимодействием, обуславливающим образование полимерного комплекса, не менее важную роль играют и другие взаимодействия. Например, в стабилизации полиэлектролитных комплексов с водородными связями большую роль играют гидрофобные взаимодействия.

В процессах комплексообразования полимеров могут участвовать различные классы соединений: комплементарные макромолекулы (интерполимерные комплексы), поверхностно-активные вещества (комплексы полимер-ПАВ), ионы металлов (комплексы полимер-металл), красители (комплексы полимер-краситель), лекарственные вещества, органические молекулы и т. д. 4−9].

Полимерные комплексы могут быть получены несколькими способами. Наиболее распространенный из них — это смешение растворов готовых взаимодействующих компонентов в общем растворителе. В результате образуются так называемые комплексы смешения, свойства которых наиболее детально изучены в растворах[4−8]

Полимерные комплексы могут быть получены методом матричной полимеризации. При этом образуются более высокоориентированные полимерные комплексы, поскольку матрица контролирует скорость образования «дочерней цепи», её длину, химическое строение и структуру. Полимерный комплекс образуется лишь при достижении некоторой критической степени полимеризации «дочерней цепи», после чего растущая цепь ассоциируется с матрицей и начинается собственно матричная полимеризация.

В последние годы разработан новый способ получения полимерных комплексов в дополнение к традиционным (смешением растворов готовых комплементарных молекул или реакцией матричной полимеризации). Способ заключается в осуществлении реакции коплексообразования на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей, например, бензол-вода, в которой растворены взаимодействующие компоненты[12−14]. Эти несмешивающиеся жидкости являются перекрестно-селективными растворителями для исходных компонентов. Полимерные комплексы образуются в виде тонких пленок на границе раздела фаз.

Факт комплексообразования в каждой системе устанавливается совокупностью физических и физико-химических методов. Самые различные методы — потенциометрия, кондуктометрия, турбидиметрия, вискозиметрия, калориметрия, седиментация, двойное лучепреломление, светорассеяние, высокоразрешающая ЯМР-спектроскопия, хроматография, ИК- и УФ-спектроскопия, флуоресценция, электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ и другие могут быть использованы для исследования образования, состава и свойств полимерных комплексов.

Экспериментальные результаты могут быть представлены в виде кривых титрования или диаграмм свойство-состав. Экстремумы или точки перегиба на кривых титрования указывают на образование комплексов и их состав. Диаграммы свойство-состав бинарной смеси не подчиняются правилу аддитивности, имеют экстремальный характер и обнаруживают особые точки, что согласно основам физико-химического анализа, свидетельствует об образовании индивидуального соединения (полимерного комплекса), имеющего определенный состав. На седиментограммах поликомплексов наблюдается один пик, однозначно подтверждающий, что полимерный комплекс является индивидуальным соединением, а не смесью исходных взаимодействующих компонентов. В том случае, когда комплексообразования в системе не происходит и комплексы не образуются, кривые титрования не имеют особых точек, а зависимости свойство-состав не подчиняются правилу аддитивности.

Полимерные компоненты, участвующие в реакциях комплексообразования, могут быть гомополимерами и сополимерами (регулярными, статистичными, блочными). Они могут нести положительный заряд (поликатионы), отрицательный заряд (полианионы), оба типа зарядов (полиамфолиты), или быть неионогенными.

1. 2 Комплексы полимеров с низкомолекулярными соединениями

1. 2.1 Комплексы полимер — ион металла

Полимер-металлические комплексы образуются в результате взаимодействия полимеров содержащих функциональные группы (поликатионов, полианионов, неионогенных полимеров), с ионами переходных металлов (Cu2+, Cd2+, Zn2+, Ni2+, Co2+, Mg2+, Fe2+ и др.)[14]. Возможно получение таких комплексов и путем полимеризации закомплексованного мономера, например, винилового эфира моноэтаноламина с ионами переходных металлов. Этот класс полимерных комплексов представляет большой интерес в процессах очистки и извлечения ионов металлов из промышленных и природных вод, в процессах водоподготовки, синтеза полимерных катализаторов, действующих по принципу энзимов, извлечения ионов металлов из почв и т. д.

Обычно связь между ионом металла и полимерным лигандом осуществляется посредством донорно-акцепторного взаимодействия с образованием координационной связи (хелатные комплексы) или замещением протона лиганда ионом металла с образованием ионной связи. Ионы металлов являются акцепторами; атомы O-, -N, -S, -F, -Cl полимерной цепи, предоставляющие пару электронов для образования связи, являются донорами. В низкомолекулярных комплексных соединениях обычно координационное число металла равно 4 или 6. В случае макромолекулярных лигандов могут образовываться координационные центры состава 1: 1, 1: 2, 1:3 или 1:4. Свободные вакансии координационной сферы ионов переходных металлов занимают молекулы растворителя или других низкомолекулярных веществ. Изменение конформации полимерного лиганда в процессе комплексообразования может значительно влиять на результаты расчетов координационного числа иона металла и константы устойчивости комплексов[13,14]. Так, до сих пор остается открытым вопрос: имеет место ступенчатое образование комплекса полимер — металл или сразу образуется полимер-металлический комплекс с максимальным координационным числом?

Характерной особенностью комплексов полимер — металл в отличие от комплексов низкомолекулярный лиганд — металл является близость всех последовательных констант комплексообразования. Это связано с высокой локальной плотностью активных центров взаимодействия в полимерных цепях, т. е. «полимерный эффект» может играть значительную роль в образовании комплексов полимер — ион металла.

В водном растворе ионы металлов всегда гидратированы (т.е. координационно связаны с водой) — иногда частично, а иногда и полностью. Комплексообразование протекает через замещение некоторого числа молекул воды лигандами, к которым металл имеет большое сродство. При равных концентрациях двух или большого числа лигандов (или двух или большого числа ионов металлов при данной концентрации лиганда) наибольшую концентрацию в состоянии равновесия будет иметь координационное соединение с наибольшей константой устойчивости.

Полимер-металлические комплексы могут быть получены различными путями: 1) в результате внутри- и или межмолекулярной «сшивки»; 2) при взаимодействии полимерного лиганда со стабильным комплексом, в котором центральный ион металла замаскирован низкомолекулярным лигандом; 3) полимеризацией пар мономер-ион металла; 4) путем включения иона металла в сетку полимера и т. д.

Комплексы полимер — ион металла в воде имеют компактную структуру, стабилизированную внутри- и межцепными координационными «сшивками», которые существенно изменяют размер клубка полилиганда. При добавлении к раствору поли-4-винилпиридина (П4ВП) в метаноле вязкость уменьшается, т. е. происходит сворачивание цепей П4ВП вследствие внутрицепного хелатирования. Сжатие макромолекул различно для разных ионов металла, т. е. структура полимер-металлического комплекса зависит от типа иона металла.

На устойчивость комплексов полимер — ион металла в растворе сильное влияние оказывают такие факторы как конформация и микроструктура полимерных лигандов, природа металлов, степень ионизации, природа противоионов (анионов) металлов, рН среды, ионная сила раствора, природа растворителя, температура, т. е. все те факторы, которые определяют конформационное состояние макромолекул в растворе и их гидродинамические характеристики. Многочисленные исследования систем полимер — металл посвящены установлению влияния этих факторов на свойства и структуру образующихся полимер-металлических комплексов.

Обнаружено, что некоторые типы синтетических полиамфолитов способны связывать ионы металлов при определенных значениях рН и высвобождать их в изоэлектрической точке (ИЭТ). Такое поведение полиамфолитов, возможно связано с тем, что в ИЭТ электростатическое притяжение между противоположно заряженными зарядами звеньев полиамфолита является более сильным, чем взаимодействие полимер — металл, что ведет к высвобождению связанных ионов металлов из макромолекулярного клубка.

Путем стехиометрических превращений в звеньях полимерной цепи возможна настройка «первичной» структуры макромолекулы на взаимодействие с определенным ионом металла. Так, комплекс линейный полимер — ион металла сшивается сшивающим агентом, и затем металл удаляется действием минеральной кислоты. Полученный сорбент обладает высокой специфичностью и селективностью.

Повышенный интерес к полимерметаллическим комплексам, с одной стороны, обусловлен тем, что некоторые ионы металлов (железо, медь кобальт, и др.) играют особо важную роль в живых организмах — участвуют в ферментативных реакциях (металлоэнзимы), мышечных сокращениях, явлениях переноса (например, гемоглобин), мембранных процессах (натрий-каливый насос) и т. д. Другая необходимость изучения комплексов полимер-металл связана с практическими задачами — извлечением редких и благородных металлов из промышленных сточных вод, созданием высокоэффективных гомогенных и гетерогенных полимерных катализаторов, термо- и механостойких полимерных материалов, полупроводников, мембран и т. д. Возрастает роль комплексных соединений полимеров в медицине. Всестороннее исследование процессов комплексообразования с целью определения состава, структуры и констант устойчивости комплексов, кинетики и механизма их формирования, анализ влияния микроструктуры, конформационного состояния макромолекул и хелатного эффекта, в конечном счете, может привести к установлению основных закономерностей комплексообразования и физико-химического поведения координационных соединений в растворах.

Помимо органических полимеров должны быть рассмотрены и неорганические макромолекулы, которые обеспечивают лучшую теоретическую и химическую стойкость образующихся полимер-металлических комплексов. Должны быть также рассмотрены надмолекулярные структуры полимер-металлических комплексов, обеспечивающие некоторые свойства материалов на их основе. Взаимодействия макромолекула — ион металла (комплекс, хелат) контролируют не только высокоорганизованную структуру полимер-металлических комплексов, но и их свойства. Полагают возможным обнаружение полимер-металличесими комплексами следующих свойств и соответствующее их применение:

· Извлечение и концентрирование ионов металлов посредством образования комплексов полимер-металл

· Терапевтические эффекты — лекарства, протолекарства

· Селективность — газовый транспорт / разделение, сенсоры

· Ионная проводимость — электрон-улавливающие устройства, батареи

· Системы переменой валентности — мультиэлектронный переход, катализ, фотокатализ

· Электронные взаимодействия в твердом состоянии — проводимость, электрокатализ, электрохимия

· Фотовзаимодействия в твердом состоянии — фотопроводимость, фотогальваника, лазерография, люминесценция, оптическое хранение / переключение

· Нелинейная оптика — модуляторы, интегрированная оптика

· Керамика — квантовые устройства

Наиболее широко взаимодействия полимер — ион металла используются для извлечения и концентрирования ионов металлов. [13,14]

1. 3 Амфотерные полиэлектролиты

Высокомолекулярные соединения, содержащие в цепи функциональные группы кислотного и основного характера, называются полиамфолитами. К ним относится большинство полимеров биологического происхождения — белки и нуклеиновые кислоты. Однако в отличие от синтетических аналогов биополимеры обладают специфическим строением, функциями и свойствами, которые в полной мере проявляются лишь в живом организме. Тем не менее, ряд свойств природных полимеров удается моделировать при помощи синтетических амфотерных макромолекул.

Широко и разнообразно применение практическое применение амфотерных полиэлектролитов в различных областях народного хозяйства. Амфотерные ионообменники обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к ионам металлов и позволяют проводить селективное разделение. Благодаря высокому содержанию функциональных групп они служат эффективными флокулянтами и коагулянтами. Полимерные амфолиты могут выступать в роли катализаторов, моделирующих функцию биокатализаторов — ферментов, носителей лекарственных препаратов — полимерных депо, микрокапсул, латексов и т. д.

Извлечение ионов переходных металлов и органических примесей как водорастворимыми, так и водонабухающими полиамфолитами особенно важно для гидрометаллургии и решения экологических проблем. В большинстве случаев взаимодействие водорастворимых полиамфолитов с ионами переходных металлов сопровождается осаждением комплексов полиамфолит — металл. Ионы металлов могут быть выщелочены из осадка более сильным низкомолекулярным комплексующим агентом. Извлечение ионов металлов также возможно в изоэлектрической точке (ИЭТ) полиамфолитов. Если ИЭТ растворимого полиамфолита смещена преимущественно в щелочную область, то ионы переходных металлов могут осаждаться в виде гидроксидов, а макромолекулы растворимого полиамфолита остаются в супернатанте. И наоборот, если ИЭТ находиться в кислой области и полиамфолит является нерастворимым, то тогда полиамфолит может осаждаться, в то время как ионы металлов остаются в растворе. Эти подходы успешно используются для разделения ионов переходных металлов.

В зависимости от изменения рН среды полиамфолиты проявляют свойства, как поликислот, так и полиоснований. Значение рН, при котором средний заряд макромолекул равен нулю, соответствует изоэлектрической точке полиамфолита (ИЭТ). Классическим методом установления ИЭТ является электрофорез при разных рН с экстраполяцией к нулевому заряду.

Можно ожидать, что в области рН, значительно удаленной от ИЭТ, в макромолекуле будет появляться избыток зарядов одного знака. Это, в свою очередь, разворачивает цепные молекулы и увеличивает их размеры. При приближении к ИЭТ взаимное притяжение противоположно заряженных групп должно приводить к относительно плотному сворачиванию полиионов. Характерная особенность большинства полиамфолитов — ухудшение растворимости в воде вблизи ИЭТ.

По поведению вблизи ИЭТ полиамфолиты можно разделить на два типа: полиамфолиты, водорастворимые при любых значениях рН, и полиамфолиты, которые вблизи ИЭТ коагулируют и дают область нерастворимости. Наличие или отсутствие растворимости определяется концентрацией биполярных ионов (цвиттерионов) в ИЭТ. Если в пределе полимерная молекула представляет собой строение цвиттериона, то данный полиамфолит водорастворим во всем интервале изменения рН. Если же макромолекула в ИЭТ не заряжена (т.е. концентрация биполярных ионов очень низкая), то для таких полиамфолитов обнаруживается область нерастворимости. В свою очередь концентрация цвиттерионов зависит от константы диссоциации кислотных и основных составляющих сополимера.

Равновесие ионов водорода в растворах синтетических полиамфолитов детально не анализировалось. Причина этого заключается в том, что вблизи ИЭТ макромолекула в целом электронейтральна и имеет очень компактную конформацию. При приближении к ИЭТ труднее титровать ту или иную группу, несмотря на изменение рН среды на две единицы. Однако по мере преобладания положительного или отрицательного зарядов происходит разворачивание цепи, и дальнейшее титрование кислотных и основных групп значительно облегчается.

Для амфотерных полиэлектролитов вблизи ИЭТ возможно увеличение размеров клубка в присутствии низкомолекулярных электролитов. В кислой и щелочной областях молекулы полиамфолита веду себя как поликатионы и полианионы соответственно — вязкость полиамфолита (?) падает с ростом ионной силы раствора (?), тогда как в ИЭТ наблюдается противоположный эффект — вязкость полиамфолита возрастает с увеличением ?. Такой характер изменения (?) с ростом ионной силы обусловлен тем, что низкомолекулярный электролит, экранируя противоположные заряды на макромолекулах, ослабляет их взаимодействие и приводит к разворачиванию клубка.

Амфотерные полиэлектролиты наиболее близки по своей структуре и поведению к биологическим полимерам. Однако процесс комплексообразования с участием полиамфолитов и ионов металлов изучен недостаточно. Причиной этого является, по-видимому, сложность структуры и конформационная лабильность такого класса полиэлектролитов. В отличие от гомополиэлектролитов полиамфолиты в своем составе содержат, по крайней мере, две потенциально комплексообразующие группы. Причем доля их участия в образовании комплексов будет определяться структурой и составом сополимеров, степенью ионизации составляющих звеньев, а также конформационным состоянием амфотерных макромолекул, зависящим от рН среды, ионной силы раствора, температуры и т. д. [7,13, 14].

1. 4 Применение комплексов полимер — металл в катализе

Одним из интенсивно развивающихся направлений химии является катализ полимерами, возникший на стыке химии высокомолекулярных соединений, координационной химии и каталитической химии. С помощью синтетических макромолекул можно конструировать полимерные катализаторы, работающие по принципу ферментов, многие из которых представляют собой ионополимеры с встроенными ионами металлов. Благодаря точности сборки такие полимер-металлические комплексы проявляют высокую каталитическую активность, стабильность и избирательность действия. В решении важных проблем химической и нефтехимической отрасли большая роль будет принадлежать каталитически активным металлокомплексам, закрепленным на полимерные носители. Они представляют собой гетерогенные катализаторы с активной фазой — гомогенным комплексом, который может быть закреплен на полимерной подложке различными способами — инкапсуляцией, ковалентным присоединением, координационными связями, гельиммобилизацией и т. д. Эти катализаторы сочетают преимущества как гомогенных (высокая активность и селективность), так и гетерогенных катализаторов (простота отделения катализатора от продуктов реакции).

Полимеры, содержащие функциональные группы, являются подходящими носителями ионов металлов. При взаимодействии их с ионами металлов образуются новые типы координационных соединений, в которых лигандами являются макромолекулы.

Интерес к координационным соединениям ионов различных металлов с макромолекулярными лигандами обусловлен тем, что ионы железа, меди, кобальта, цинка играют важную роль в ферментативных реакциях.

Каталитическое действие комплексов водорастворимых полимеров с ионами переходных металлов рассмотрено на примере реакций разложения пероксида водорода, окисления, гидрирования и др. Такие комплексы часто проявляют более высокую активность, чем соответствующие низкомолекулярные аналоги. 6,11,14].

2. Методическая часть

2. 1 Характеристика исходных веществ

При выполнении работы были использованы следующие реактивы:

Полиамфолит ПКЭАК бетаиновой структуры (синтезирован в институте полимерных материалов и технологий г. Алматы)

CoCl2, NiCl2, Cd (CH3COO)2, Sr (NO3)2, CaCl2, ZnSO4, Pb (NO3)2, CuCl2.

NaOH (фиксанал), HCl — 37%, ??? г/см3, Буферные растворы приготовленные из стандарт-титров с pH = 1,65; 6,86; 9,18.

Использованные приборы:

рН растворов измеряли на иономере универсальном ЭВ-74 со стеклянным и хлорсеребряным электродом.

Для работы были использованы:

1. Аналитические весы.

2. Технические весы.

3. Калька.

4. Фильтровальная бумага.

5. Мерные колбы на 25мл, 50мл, 100мл, 1000мл.

6. Пипетки на 1мл, 2мл, 5 мл, 10мл.

7. Колбы для титрования.

8. Бюретка.

9. Стаканчики на 25мл, 50мл.

10. Секундомер.

11. Груша.

12. Мерные цилиндры на 25мл.

13. Воронки.

2. 2 Методика исследования

рН-метрическое титрование проводили при помощи иономера ЭВ-74 (точностью измерения + 0,05 ед рН) со стеклянными и хлорсеребряными электродами. Градуировку электродной системы осуществляли по стандартным буферным растворам с рН = 1,65; 6,86; 9,18.

В стакан для титрования наливают 10 мл 0,001 М раствора полимера. Титрование ведут 0,01 М раствором соли металла при постоянном перемешивании из микробюретки. Измерение рН производят через каждые 0,05 мл добавленной соли металла до постоянного значения pH. Результаты отображают в виде графика, где на оси абсцисс — объем прилитой соли металла, на оси ординат — соответствующее значение pH.

Таблицы и графики представлены в приложении.

3. Экспериментальная часть

3. 1Результаты и обсуждение

Цель работы:

1. Исследование комплексообразования ПКЭАК с ионами двухвалентных металлов: Ca, Sr, Ni, Co, Cd, Pb, Zn, Cu.

Полимер бетаиновой структуры синтезирован в институте полимерных материалов и технологий г. Алматы содержит в полимерной цепи карбоксильные группы и аминогруппы, что позволяет рассматривать его как новый полиамфолит. Определение комплексообразования ПКЭАК с ионами двухвалентных металлов провели потенциометрическим методом.

Как видно из рис. 1 — 8 при титровании идет постепенное снижение pH раствора, что свидетельствует о взаимодействии ПКЭАК с ионами металлов, при котором в раствор постепенно выделяются ионы водорода. На рис. 4 представлена кривая титрования ПКЭАК раствором Cd (CH3COO)2. Из рисунка видно, что при титровании полимера кривая постепенно идет вниз, затем, достигнув точки эквивалентности, идет вверх. Предположительно увеличение pH, после точки эквивалентности, связано с гидролизом соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой.

Как видно из сводного графика, рис. 9, наибольшей склонностью к комплексообразованию с ПКЭАК обладает ион Pb2+. Таким образом, кривые потенциометрического титрования свидетельствуют об образовании полимер — металлических комплексов (ПМК).

Заключение

В результате проведенных исследований получены следующие результаты:

1. Методом потенциометрического титрования исследовано взаимодействие полимера с ионами металлов Co2+ и Ni2+, Pb2+, Ca2+, Zn2+, Sr2+, Cd2+, Cu2+. Полученные данные свидетельствуют о возможности использования полибетаинов: в процессах очистки питьевой воды, для извлечения ионов металлов из промышленных сточных вод, извлечения ионов металлов из загрязненных почв и т. д.

Список использованных источников

1. Френкель С. Я. Полимеры, проблемы, перспективы, прогнозы. //В кн. Физика сегодня и завтра. Л. 1973. С. 179.

2. Волькенштейн М. В. Молекулярная биофизика. М. Наука. 1975. 616с.

3. Bekturov E. A., Bimendina L. A. //J. Macromol. Sci. Rev. Macromol. Chem. Phys. 1997. C37(3).P. 501.

4. Зезин А. Б., Кабанов В. А. //Успехи химии. 1982. Т. 56. С. 1447.

5. Бектуров В. А., Бимендина Л. А. Интерполимерные комплексы. Алма-Ата. Наука 1977. 264с.

6. Бектуров Е. А., Бимендина Л А., Кудайбергенов С. Е. Полимерные комплексы и катализаторы. Алма-Ата. Наука. 1982. 192 с.

7. Бектуров Е. А., Кудайбергенов С. Е., Хамзамулина Р. Э. Катионные полимеры. Алма-Ата. Наука. 1986. 159с.

8. Бектуров Е. А., и др. Молекулярные комплексы полимеров. Алма-Ата. Наука. 1988. 174с.

9. Паписов И. М. //Высокомолек. ссоед. 1997. Т. Б39. С. 562.

10. Бимендина Л. А., Бектуров Е. А., Самоорганизация молекул в растворах и на границе раздела фаз. //В. Кн. «Неравновесность и неустойчивость в эволюции динамических структур в природе «Алматы. ?ылым. 1998. С. 157.

11. Бектуров Е. А., Кудайбергенов С. Е. Катализ полимерами. Алма-Ата. Наука. КазССР. 1988. 184с.

12. Кабанов Н. М. и др. //Высокомолек. соед. 1979. Т. А21. С. 209.

13. Бектуров Е. А., Бимендина Л. А., Мамытбеков Г. К. //Комплексы водорастворимых полимеров и гидрогелей.

14. Бимендина Л. А., Яшкарова М. Г., Кудайбергенов С. Е., Бектуров Е. А. Полимерные комплексы (получение, свойства, применение): Монография / под редакцией Жубанова Б. А. — Семипалатинский государственный университет имени Шакарима — Семипалатинск, 2003. — 313 с.

Таблица 1

Результаты рН — метрического титрования 0,001 М р-ра ПКЭАК 0,01 н. р-ром Sr (NO3)2

V Sr (NO3)2

pH

V Sr (NO3)2

pH

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

6,35

6,1

5,91

5,75

5,63

5,55

5,47

5,43

5,38

5,31

5,29

5,26

5,22

5,2

5,18

5,17

5,15

5,13

5,12

5,11

5,1

5,09

5,07

5,06

5,06

5,05

5,04

5,03

5,02

5,01

4,96

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

2,05

2,1

2,15

2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

2,55

2,6

2,65

2,7

2,75

2,8

2,85

2,9

2,95

4,95

4,94

4,94

4,93

4,93

4,93

4,93

4,93

4,92

4,91

4,91

4,91

4,91

4,91

4,9

4,9

4,9

4,9

4,9

4,89

4,89

4,89

4,89

4,89

4,88

4,88

4,88

4,88

4,88

Таблица 2

Результаты рН — метрического титрования 0,001 М р-ра ПКЭАК 0,01 н. р-ром Cd (CH3COO)2

V Cd (CH3COO)2

pH

V Cd (CH3COO)2

pH

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

6,25

6,1

5,98

5,86

5,74

5,63

5,46

5,38

5,32

5,26

5,21

5,16

5,12

5,08

5,04

5,02

5,01

5,01

4,99

4,99

5

5,01

5,02

5,03

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

2,05

2,1

2,15

2,2

2,25

2,3

5,04

5,06

5,07

5,08

5,1

5,11

5,12

5,12

5,13

5,13

5,14

5,15

5,16

5,17

5,18

5,19

5,2

5,21

5,22

5,23

5,24

5,25

5,26

Таблица 3

Результаты рН — метрического титрования 0,001 М р-ра ПКЭАК 0,01 н. р-ром ZnSO4

V ZnSO4

pH

V ZnSO4

pH

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

6,35

6,08

5,94

5,77

5,64

5,51

5,35

5,24

5,19

5,15

5,12

5,07

5,04

5,02

5

4,98

4,97

4,95

4,94

4,91

4,91

4,89

4,87

4,85

4,85

4,84

4,83

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

2,05

2,1

2,15

2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

4,82

4,81

4,8

4,79

4,78

4,77

4,76

4,75

4,75

4,74

4,74

4,73

4,73

4,73

4,72

4,71

4,71

4,71

4,71

4,69

4,69

4,69

4,69

Таблица 4

Результаты рН — метрического титрования 0,001 М р-ра ПКЭАК 0,01 н. р-ром CaCl2

V CaCl2

pH

V CaCl2

pH

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

6,42

6,3

6,16

6,01

5,89

5,75

5,64

5,5

5,48

5,47

5,43

5,34

5,31

5,27

5,24

5,21

5,18

5,15

5,13

5,11

5,08

5,05

5,03

5

4,97

4,94

4,93

4,92

4,9

4,89

4,87

4,84

4,82

4,8

4,78

4,76

4,74

4,72

4,7

1,95

2

2,05

2,1

2,15

2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

2,55

2,6

2,65

2,7

2,75

2,8

2,85

2,9

2,95

3

3,05

3,1

3,15

3,2

3,25

3,3

3,35

3,4

3,45

3,5

3,55

3,6

3,65

3,7

3,75

3,8

4,69

4,66

4,64

4,63

4,61

4,6

4,58

4,56

4,54

4,52

4,51

4,49

4,47

4,46

4,45

4,44

4,42

4,41

4,39

4,37

4,36

4,35

4,34

4,32

4,31

4,3

4,29

4,27

4,26

4,26

4,24

4,23

4,21

4,2

4,19

4,17

4,16

4,15

Таблица 5

Результаты рН — метрического титрования 0,001 М р-ра ПКЭАК 0,01 н. р-ром NiCl2

V NiCl2

pH

V NiCl2

pH

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

6,2

6,11

6,05

5,98

5,9

5,84

5,76

5,7

5,63

5,57

5,47

5,43

5,4

5,35

5,3

5,28

5,26

5,24

5,22

5,2

5,17

5,15

5,13

5,11

5,1

5,09

5,08

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

2,05

2,1

2,15

2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

5,07

5,06

5,05

5,04

5,03

5,02

5,01

5,01

5

5

4,99

4,99

4,98

4,98

4,98

4,97

4,96

4,96

4,95

4,95

4,95

4,95

4,94

4,94

Таблица 6

Результаты рН — метрического титрования 0,001 М р-ра ПКЭАК 0,01 н. р-ром CoCl2

V CoCl2

pH

V CoCl2

pH

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

1,2

6,45

6,32

6,32

6,11

6,02

5,92

5,81

5,64

5,57

5,51

5,46

5,42

5,39

5,34

5,3

5,27

5,26

5,24

5,22

5,2

5,17

5,15

5,14

5,14

5,11

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

2,05

2,1

2,15

2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

5,1

5,1

5,09

5,08

5,07

5,05

5,05

5,04

5,04

5,01

5,01

5,01

5

5

5

4,99

4,99

4,98

4,98

4,97

4,96

4,96

4,96

4,96

Таблица 7

Результаты рН — метрического титрования 0,001 М р-ра ПКЭАК 0,01 н. р-ром CuCl2

V CuCl2

pH

V CuCl2

pH

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

1,35

6,37

6,25

6,14

6,04

5,96

5,87

5,79

5,58

5,48

5,38

5,29

5,25

4,91

4,79

4,65

4,5

4,42

4,35

4,25

4,21

4,18

4,15

4,12

4,1

4,07

4,07

4,04

4,01

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

2,05

2,1

2,15

2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

2,55

2,6

2,65

3,95

3,95

3,94

3,92

3,9

3,9

3,89

3,88

3,87

3,85

3,85

3,85

3,84

3,84

3,83

3,83

3,81

3,81

3,81

3,8

3,8

3,79

3,79

3,79

3,79

3,79

Таблица 8

Результаты рН — метрического титрования 0,001 М р-ра ПКЭАК 0,01 н. р-ром Pb (NO3)2

Pb (NO3)2

pH

Pb (NO3)2

pH

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

6,27

6,02

5,82

5,61

5,4

4,7

4,25

3,93

3,8

3,72

3,67

3,63

3,58

3,59

3,55

3,53

3,52

3,51

3,49

3,48

3,48

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

3,47

3,47

3,47

3,47

3,47

3,46

3,46

3,46

3,46

3,45

3,45

3,45

3,45

3,44

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок 9

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой