Химия и химические технологии/2. Теоретическая химия

Аспирант Нечепуренко Г.Н., к.х.н. Кутырёв И.М.,

к.х.н. Гайдукова Ю.А.

Южно-Российский Государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

Отработка оптимальных условий комплексообразования ниобия в неводных средах

Рост потребления ниобия в последние годы обусловлен его уникальными свойствами. Ниобий – тугоплавкий металл с температурой плавления около 2500 °С, характеризуется весьма высокой коррозионной устойчивостью к действию кислот и других агрессивных сред, обладает повышенной пластичностью, вязкостью, прочностью, сохраняет свои механические свойства при высоких температурах. Ниобий имеет способность образовывать сверхпроводниковые сплавы. Он широко используется при производстве магнитных сплавов, легированной и высоколегированной стали. Срок службы оборудования из легированной ниобием стали, увеличивается в несколько раз, а металлоемкость на 20% ниже.

Актуальной задачей на сегодняшний день является осуществление надёжного, экспрессного аналитического контроля содержания этого компонента, а также его извлечение из техногенных отходов, что должно привести к более комплексному использованию сырья и, как следствие, снижению экономических затрат.

В работе предложен метод экстракционно-спектрофотометрического определения ниобия. С целью выявления реагентов, дающих цветные реакции с ниобием в органической фазе, был изучен ряд качественных реакций. При выборе реагентов учитывали следующие факторы: растворимость реагента в спирте, а продуктов цветной реакции в органической среде, контрастность, чувствительность и устойчивость во времени, взаимодействие реагента с ниобием в изучаемой экстракционной системе Nb - H₂C₄H₄O₆ (винная кислота) – ТОА (триоктиламин).

Этим требованиям лучше всех отвечали фенилфлуорон, кислотный хром синий и пирокатехиновый. Простота их синтеза, налаженное промышленное производство снижает себестоимость указанных реагентов и делает их доступными для широкого применения в научных и практических целях.

Замеры оптической плотности проводили на спектрофотометре СФ-26. Концентрация ниобия в экстрактах равна 5 мкг/см³, толщина кюветы l = 1 см. Концентрация этанольных растворов реагентов соответствовала концентрации металла. Результаты измерений представлены в табл. 1.

Таблица 1. Оптическая плотность комплексов ниобия с различными реагентами

Реагент	Λmax, нм		Оптическая плотность		∆А
	Λmax,К	Λmax,Re	D, K	D, Re
Фенилфлуорон	510	490	0,35	0,15	0,2
Кислотный хром синий	520	520	0,3125	0,3125	0
Пирокатехиновый	500	500	0,0875	0,0675	0,1

Λ_max, К – длина волны максимального поглощения комплекса ниобия;

Λ_max, Re – длина волны максимального поглощения реагента;

Анализируя полученные данные, видим, что для фенилфлуорона наблюдается наибольшая оптическая плотность и разность длин поглощения комплекса и реагента.

На стандартных растворах отработаны оптимальные условия комплексообразования ниобия с реагентом фенилфлуороном в этанольно-толуольной среде. Для выбора оптимальных условий был учтён ряд факторов: отношение спирта к толуолу, кислотность среды и отношение ниобия к фенилфлуорону.

В задачу нашего исследования входило выяснение условий взаимодействия ниобия (V) с фенилфлуороном после экстракционного извлечения его триоктиламином в толуоле из раствора винной кислоты и её соли при рН = 3.

Реакции комплексообразования ионов металлов с органическими лигандами часто проводят в неводных средах. На эти процессы оказывает большое влияние величина кислотности органической среды.

Для изучения реакций комплексообразования иона металла с органическим лигандом в неводной среде после его извлечения из водной фазы необходимо регулировать и корректно определять кислотность исследуемых растворов. Для этой цели нами были разработаны неводные стандартные буферные растворы на основе солей первичных, вторичных и третичных аминов следующего состава: триэтиламин солянокислый - ТЭА·НС1, диоктиламин солянокислый - ДОА·НС1, октиламин солянокислый -ОA·НС1. Кислотность указанных растворов определяли потенциометрически. Определение кислотности является многостадийным процессом, а именно, оно включает: определение стандартных электродвижущих сил; нахождение констант диссоциации компонентов раствора и непосредственное определение показателя активности ионов водорода (ра). На основе стандартных буферных растворов был разработан ряд нестандартных буферных растворов с той же ионной силой [1].

Неводный буферный раствор, необходимый для создания определённой кислотности в экстракте имеет следующий состав: 0,075М ДОА·НС1 + 0,125М раствор НС1 в этаноле в смеси 20% толуола – 80% этанола.

Подчинение закону Бугера-Ламберта-Бера наблюдается в интервале концентраций ниобия 2-5 мкг/мл. Молярный коэффициент поглощения ε = 6480.

Оптимальными условиями образования комплекса ниобия (V) с фенилфлуороном оказались: отношение ниобия к реагенту –1:2; отношение этанола к толуолу—9:1; кислотность – 1,06.

Литература:

1. Нечепуренко Г.Н., Кутырёв И.М., Гайдукова Ю.А., Басаргин Н.Н.// Журнал аналит. химии. 2011. Т. 66. № 2. С. 129-134.