ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИТЕРМЫ РАСТВОРИМОСТИ В СИСТЕМЕ Mg(ClO₃)₂ – ClCH₂COOH•HNC₂H₂OH – H₂O

АННОТАЦИЯ

В работе исследована растворимость компонентов в трёхкомпонентной системе Mg(ClO₃)₂ – ClCH₂COOH•HNC₂H₂OH –H₂O визуально-политермическим методом. Экспериментальное изучение проводилось методом семы внутренних разрезов, что позволило проследить изменение фазовых равновесий в широком интервале температур и концентраций. Для каждого разреза определялись температуры начала кристаллизации и границы фазовых областей, на основании совокупности полученных данных построена политермическая диаграмма растворимости системы.

Изучена растворимость системы Mg(ClO₃)₂ – ClCH₂COOH•HNC₂H₂OH –H₂O от температуры полного замерзания  -49.0 до  20.0°С. Построена политермическая диаграмма растворимости,  на которой разграничены поля кристаллизации льда,  Mg(ClO₃)₂·6H₂O, Mg(ClO₃)₂·12H₂O, Mg(ClO₃)₂·16H₂O, ClCH₂СООН·NH₂C₂H₄OH и в качестве новой фазы ClCH₂COOH• Mg(ClO₃)₂ •HNC₂H₂OH.

ABSTRACT

In this work, the solubility of components in the three-component system Mg(ClO₃)₂ – ClCH₂COOH•HNC₂H₂OH – H₂O was investigated using a visual-polytrem method. The experimental study was carried out by the method of internal sections, which allowed monitoring changes in phase equilibria over a wide range of temperatures and concentrations. For each section, the temperatures of the onset of crystallization and the boundaries of phase regions were determined. Based on the collected data, a polytrem solubility diagram of the system was constructed.

The solubility of the Mg(ClO₃)₂ – ClCH₂COOH•HNC₂H₂OH – H₂O system was studied over the full freezing temperature range from –49.0 to 20.0 °C. A polytrem solubility diagram was built, in which the crystallization fields of ice, Mg(ClO₃)₂•6H₂O, Mg(ClO₃)₂•12H₂O, Mg(ClO₃)₂•16H₂O, ClCH₂COOH•NH₂C₂H₄OH, and, as a new phase, ClCH₂COOH•Mg(ClO₃)₂•HNC₂H₂OH were delineated.

Ключевые слова: политерма, растворимость, поля кристаллизации, монохлорацетат∙моноэтаноламмония, дефолиант.

Keywords: polytrem, solubility, crystallization fields, monochloroacetate∙monoethanolammonium, defoliant

Хлорат магния – является основным дефолиантом, применяемым в  хлопководстве в настоящее время [1]. Однако данный препарат обладает ярковыраженным десикационным действием, что приводит к ряду нежелательных побочных эффектов и требует высокие дозы при применении.

Существуют многочисленные способы устранения недостатков хлоратсодержащих дефолиантов, из которых наиболее приемлемый способ, это введение в состав хлоратов этаноламинов и их производных [2-3].

В связи с этим, для физико-химического обоснования процесса получения новых, эффективных дефолиантов была изучена система хлорат магния –триэтаноламин – вода в широком температурном и концентрационном интервалах визуально- политермическим методом [4].

 Бинарные системы хлорат магния – вода и триэтаноламин – вода, входящие в состав данной тройной системы, были объектами исследований ряда авторов [5-6]. Полученные нами данные хорошо согласуются с литературными.

Для своевременной уборки урожая хлопка, необходимо удаление листьев хлопчатника. Большой проблемой хлопководства является отсутствие отечественных дефолиантов, которые соответствовали всем требованиям сельского хозяйства. Существующие хлоратсодержащие дефолианты на основе хлората магния не соответствуют современным требованиям, предъявляемым к дефолиантам. Известно, что дефолиирующее действие хлоратов в той или иной степени сопровождается десикационнымэффектом. Кроме того, они не обладают полифункциональным действием. В синтезе новых эффективных дефолиантов представляет значительный интерес использование моноэтаноламинной соли уксусной кислоты, являющейся стимулятором роста растений. Она обладает биологической активностью, усиливает окислительно - восстановительные процессы, биосинтез углеводов и активность ферментативных действий [7].

Растворимость в системе изучали визуально-политермическим методом [4]. Состав жидкой и твёрдой фаз определяли методами количественного анализа: азот — по Кьельдалю [8], углерод и водород — микрометодом Дюма [9], для уточнения характера взаимодействия компонентов выполняли ИК-спектроскопический анализ. ИК-спектры исходных компонентов и полученных соединений регистрировали в диапазоне 4000–400 см⁻¹ на Фурье ИК-спектрометре Shimadzu [10].

Была изучена бинарная система ClCH₂COOH•HNC₂H₂OH – H₂O и построена её диаграмма [11-13].

Трёхкомпонентная система Mg(ClO₃)₂ – ClCH₂COOH•HNC₂H₂OH –H₂O исследована визуально-политермическим методом по шесть внутренним сечениям (рис. 1). По данным бинарных диаграмм и внутренних сечений построена политермическая диаграмма растворимости системы в интервале температур от −59,0 до 20,0 °C.

Рисунок 1. Диаграмма растворимости системы Mg(ClO₃)₂ – ClCH₂COOH•HNC₂H₂OH –H₂O

На фазовой диаграмме системы выделены области первичной кристаллизации льда, Mg(ClO₃)₂·6H₂O, Mg(ClO₃)₂·12H₂O, Mg(ClO₃)₂·16H₂O, ClCH₂СООН·NH₂C₂H₄OH и в качестве новой фазы ClCH₂COOH• Mg(ClO₃)₂ •HNC₂H₂OH. Указанные области сходятся в трёх тройных точках.

Таблица 1.

Двойные и тройные точки системы Mg(ClO₃)₂ – ClCH₂COOH•HNC₂H₂OH –H₂O

Указанные поля сходятся в четры тройных узловых точках системы, для которых определены составы равновесного раствора и соответствующие им температуры кристаллизации (табл. 1). На политермической диаграмме состояния системы нанесены изотермы растворимости при температурах -50, -40, -30, -20, -10, 0 °С.

Установлено, что система относится к сложному эвтоническому типу и образует новое химическое соединение.

Рисунок 3. ИК- спектри: А - Mg(ClO₃)₂·6H₂O, Б - ClCH₂COOH•HNC₂H₂OH , С- ClCH₂COOH•Mg(ClO₃)₂ •HNC₂H₂OH

В инфракрасном спектре исследуемого соединения наблюдаются характерные полосы поглощения, соответствующие функциональным группам, входящим в состав молекулы. Широкая интенсивная полоса в области 3200–3500 см⁻¹ обусловлена валентными колебаниями гидроксильных групп O–H, принадлежащих карбоксильной и гидроксильной группам. Полоса в области 3100–3300 см⁻¹ соответствует валентным колебаниям связи N–H.

Полосы в диапазоне 2850–3000 см⁻¹ связаны с валентными колебаниями C–H метиленовой группы. Интенсивная полоса при 1700–1725 см⁻¹ относится к валентным колебаниям карбонильной группы C=O карбоксильного фрагмента. В области 1600–1650 см⁻¹ наблюдаются деформационные колебания N–H и колебания типа C=N.

Полосы при 1400–1450 см⁻¹ обусловлены деформационными колебаниями группы CH₂, тогда как полосы в области 1200–1300 см⁻¹ соответствуют валентным колебаниям связи C–O карбоксильной группы. В диапазоне 1000–1100 см⁻¹ фиксируются колебания Cl–O, характерные для хлорат-аниона ClO₃⁻. Полосы в области 700–800 см⁻¹ относятся к валентным колебаниям связи C–Cl, а в низкочастотной области 500–600 см⁻¹ наблюдаются колебания связи Mg–O, свидетельствующие о координации магния с кислородсодержащими группами

Заключение. Трёхкомпонентная система CH₂ClCOOH – (HOCH₂CH₂)₂N – H₂O была изучена с физико-химической точки зрения, и построена её политермическая диаграмма растворимости. На основании полученной диаграммы установлены закономерности взаимодействия компонентов системы и характер фазовых равновесий. По результатам исследований определено, что данная система относится к сложному эвтоническому типу.

Фазовый анализ показал, что между CH₂ClCOOH и (HOCH₂CH₂)₂N протекает химическое взаимодействие с образованием нового соединения — монохлоруксусного диэтаноламина. Состав и индивидуальность образовавшегося соединения подтверждены химическими и физико-химическими методами исследования. Полученные научные результаты служат теоретической и практической физико-химической основой для разработки и совершенствования технологий синтеза физиологически активных гербицидных веществ для сельского хозяйства

Список литературы:

1. Зубкова Н.Ф., Грузинская Н.А. Применение и особенности действие дефолиантов и десикантов // Агрохимия. -1991.№8. – С.126-143.
2. Патент 4425 Узбекистан. Состав для дефолиации / Тухтаев С., Кучаров Х., Усманов С.У., Мухамадалиев Ш.С., Хайдаров Г.Ш.(Узбекистан).-1НДР 9600598.1; заявл. 19.06.96.; опубл. 30.09.97// Расмий ахборотнома.-1997.-№3. – С. 13-14.
3. Патент 2107 Республики Узбекистан. Способ получения дефолианта хлопчатника / З. Исабаев, М.Г. Хусан-ходжаев, Н.Ю. Мусаев, Ж. Арифов и др.(Узбекистан). – 1НДР 9400068.1; заявл.01.02.94; опубл.30.12.94 // Расмий ахборотнома. – 1994. - №4. –С. 6-7. № 1 (67) январь, 2020 г.
4. Трунин А.С., Петрова Д.Г. Визуально-политермический метод/ Куйбышевский политехн. Инст-т.- Куйбы-шев; 1977. – 94с. Рук.деп. в ВИНИТИ 6 февраля. – 1978. №584-78.
5. Тухтаев С., Шаммасов Р.Э., Кучаров Х. Политерма растворимости системы хлорат магния – вода // Докл. АН УзССР – 1984. -№1. – С.31-32.
6. Нарходжаев А. Х., Адилова М. Ш., Исакова Д., Тухтаев С. Научные основы синтеза стимуляторов роста растений из невозвратных отходов первичной обработки хлопка – сырца // Материалы Международной научно-практической конференции. Ташкент, 2007. ч. I С. 353-355.
7. Саибова М. Т. Применение этаноламинов в сельском хозяйстве // Узб. хим. журн. 1983. № 1. С. 58 -64.
8. Фадеева В.П., ТиховаВ.Д. Количественный элементный анализ органических веществ и материалов. –Новосибирск,2013. – 128 с.
9. Баженова Л.Н. Количественный элементный анализ органических соединений.–Екатеринбург, 2008. – 356 с.
10. Тарасевич Б.Н.//ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы.Москва 2012. М.: Мир, 52 с.
11. К.А. Тураев, А. С. Тогашаров., С. Тухтаев Политерма растворимости в системе хлорат кальция–моноэтаноламин монохлорацетат–вода. Узбекский химический журнал. Ташкент, №3 /2021. б. 18-23 (02.00.00. №6)
12. К.А. Тураев., О.О.Рахмонов., А.С.Тогашаров., С. Тухтаев. Политерма растворимости системы тетракарбамидохлората кальция –монохлорацетат моноэтаноламина –воды. Universum: технические науки. Москва, 2021. 10(91). С. 47-51 (02.00.00. №1).
13. К.А. Тураев, А.С. Тогашаров, Ж. С. Шукуров. Политерма растворимости в системе Ca(ClO3)2•2CO(NH2)2 -ClCH2COOH•HOC2H4NH2-H2O. Узбекский химический журнал. Ташкент, №1 /2022 б. 11-15 (02.00.00. №6)