ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИТЕРМЫ РАСТВОРИМОСТИ В СИСТЕМЕ NaClO₃∙CO(NH₂)₂-CH₃N(C₂H₅OH)₂-H₂O

АННОТАЦИЯ

На основе политерм растворимости бинарных систем и внутренних разрезов построена политермическая диаграмма растворимости системы NaClO₃∙CO(NH₂)₂-CH₃N(C₂H₅OH)₂-H₂O в интервале температур от -77.0 до 39.4°С. На политермической диаграмме растворимости разграничены полякристаллизации льда, NaClO₃∙CO(NH₂)₂, CO(NH₂)₂ и CH₃N(C₂H₅OH)₂. Система относится к простому эвтоническому типу.

Монокарбамидохлората натрия широко применяется в сельском хозяйстве в качестве наименее токсичным и дешевым дефолиантом для обезлиствения хлопчатника, но он действует на растении “жестко”, высушивает листья и обжигает молодых коробочек и таким образом не отвечает требованиям современного хлопководство. В связи с этим данные по изучению растворимости водной системы, состоящей из хлората натрия и метилдиэтаноламин необходимо для синтеза малотоксичных, высоко эффективных новых дефолиантов путем введения физиологически активных веществ в состав монокарбамидохлората натрия. Вышеизложенное обусловливает актуальность разработки нового типа дефолиантов на основе хлората натрия, карбамида физиологически активных, обладающих высокой дефолиирующей активностью, ускоряющих процесс полноценного созревания и раскрытия коробочек хлопчатника и уничтожающих сосущих вредителей, защиряющих хлопковое волокно.

Целью данной работы является физико-химическое обоснование и разработка составов комплекснодействующих дефолиантов, обладающих физиологической активностью.

ABSTRACT

Based on the polythermal solubility of binary systems and internal sections, a polythermal solubility diagram of the system NaClO₃∙CO(NH₂)₂–CH₃N(C₂H₅OH)₂–H₂O was constructed in the temperature range from −77.0 to 39.4 °C. In the polythermal solubility diagram, the crystallization fields of ice, NaClO₃∙CO(NH₂)₂, CO(NH₂)₂, and CH₃N(C₂H₅OH)₂ were determined. The system belongs to a simple eutonic type.

Sodium monochlorate carbamide is widely used in agriculture as one of the least toxic and inexpensive defoliants for defoliation of cotton plants. However, it acts harshly on plants, drying the leaves and burning young cotton bolls; therefore, it does not meet the requirements of modern cotton production. In this regard, data on the study of the solubility of the aqueous system consisting of sodium chlorate and methyldiethanolamine are necessary for the synthesis of low-toxic, highly effective new defoliants by introducing physiologically active substances into the composition of sodium monocarbamide chlorate.

The above considerations determine the relevance of developing a new type of defoliants based on sodium chlorate, carbamide, and physiologically active substances with high defoliating activity, which accelerate the process of full maturation and opening of cotton bolls, destroy sucking pests, and protect cotton fiber.

The aim of this work is the physicochemical justification and development of compositions of complex-action defoliants possessing physiological activity.

Ключевые слова: политерма, растворимость, поля кристаллизации, хлората натрия, метилдиэтаноламина, дефолиант.

Keywords: polythermal diagram, solubility, crystallization fields, sodium chlorate, methyldiethanolamine, defoliant.

Введение. Из литературы известно, что препараты с хлоратами широко распространены в синтезе малотоксичных дефолиантов. Среди них дефолианты из серии УДМ, «Сихат", “Садаф”, полученные на основе хлоратов натрия, кальция, магния были широко произведены и использованы в сельском хозяйстве. Но существующие их ассортименты не удовлетворяют и отвечают современным требованиям сельского хозяйства[1-4]. Опыты практического использования хлоратов для дефолиации разных сельскохозяйственных растения позволили обнаружить не только их положительные свойства, но и ряд их недостатков[5]. При применении хлорат содержащих дефолиантов наблюдается загрязнение урожая с высохшими листами и обжигание молодых коробочек. Поэтому добавление физиологически активных веществ, полученные на основе моноэтаноламинных солей карбоновых кислот в состав хлоратов повышает эффективность дефолиации и ускоряет созревания и раскрытия молодых коробочек [6].          Учитывая вышесказанных, целью настоящей работы является физико-химическое обоснование процесса получения малотоксичных и физиологически активных дефолиантов на основе монокарбамидохлората натрия и метилдиэтаноламина.

Растворимость в системе изучали визуально-политермическим методом [7]. Состав жидкой и твёрдой фаз определяли методами количественного анализа: азот — по Кьельдалю [8], углерод и водород — микрометодом Дюма [9].

Объектами исследования в данной работе являлись монокарбамидохлорат натрия и метилдиэтаноламин. В рамках исследования была изучена бинарная система монокарбамидохлорат натрия – вода, при этом полученные экспериментальные результаты находятся в хорошем согласии с ранее опубликованными литературными данными [10–12], что подтверждает достоверность проведённых измерений и корректность применяемой методики исследования.

Метилдиэтаноламин CH₃N(C₂H₅OH)₂ представляет собой жидкое органическое соединение с молекулярной массой 119.16. Данное вещество хорошо растворимо в воде и широко применяется в различных химико-технологических процессах.

Впервые в данной работе исследована растворимость метилдиэтаноламина в воде в широком температурном интервале — от температуры полного замерзания системы −68,0 °C до −21,0 °C. На основании полученных экспериментальных данных была построена политермическая диаграмма растворимости бинарной системы CH₃N(C₂H₅OH)₂ – H₂O (рис. 1).

Анализ построенной диаграммы показывает, что метилдиэтаноламин характеризуется высокой растворимостью в воде во всём исследованном температурном диапазоне. Полученные результаты позволяют более полно охарактеризовать фазовые равновесия данной бинарной системы и могут служить основой для дальнейшего изучения более сложных многокомпонентных систем, содержащих метилдиэтаноламин

Рисунок 1. CH₃N(C₂H₅OH)₂ - H₂O бинарная система

Трёхкомпонентная система NaClO₃·CO(NH₂)₂ – CH₃N(C₂H₅OH)₂ – H₂O была исследована с использованием визуально-политермического метода по семи внутренним сечениям (рис. 2). Выбор данного метода обусловлен его высокой информативностью при изучении фазовых равновесий в многокомпонентных водно-органических системах, поскольку он позволяет экспериментально определить температуры начала кристаллизации и установить характер взаимодействия компонентов в широком интервале составов.

Экспериментальные исследования проводились по семи внутренним сечениям трёхкомпонентной системы, что обеспечило возможность детального анализа фазовых превращений и определения границ областей кристаллизации различных твёрдых фаз. В процессе эксперимента фиксировались температуры появления и исчезновения кристаллических фаз, что позволило установить температурные пределы устойчивости образующихся соединений и определить характер фазовых равновесий.

На основании полученных экспериментальных данных, а также с использованием результатов ранее изученных бинарных диаграмм растворимости соответствующих подсистем, была построена политермическая диаграмма растворимости исследуемой системы. Диаграмма охватывает температурный интервал от −77,0 до 39,4 °C и отражает зависимость растворимости компонентов от температуры и состава системы. Полученная политермическая диаграмма позволяет определить области существования различных твёрдых фаз, границы их устойчивости, а также инвариантные точки системы, что имеет важное значение для понимания процессов кристаллизации и фазовых равновесий в данной трёхкомпонентной системе.

На фазовой диаграмме исследуемой многокомпонентной системы идентифицированы области первичной кристаллизации, соответствующие формированию различных твёрдых фаз. В частности, установлены области первичной кристаллизации льда, NaClO₃·CO(NH₂)₂, мочевины CO(NH₂)₂, а также метилдиэтаноламина CH₃N(C₂H₅OH)₂. Каждая из указанных областей характеризует определённый диапазон температур и концентрационных соотношений компонентов, при которых из жидкой фазы при охлаждении системы в первую очередь выделяется соответствующая твёрдая фаза.

Рисунок 1. Диаграмма растворимости системы NaClO₃∙CO(NH₂)₂-CH₃N(C₂H₅OH)₂-H₂O

Границы областей первичной кристаллизации на фазовой диаграмме пересекаются и сходятся в определённых инвариантных точках, представляющих собой тройные точки системы. В данных точках устанавливается термодинамическое равновесие между тремя фазами — жидким раствором и двумя различными твёрдыми фазами. Формирование тройных точек отражает условия совместного существования нескольких кристаллических фаз и определяет характер перехода системы из одной области первичной кристаллизации в другую при изменении температуры или состава.

Анализ расположения и взаимного пересечения областей первичной кристаллизации, а также положения тройных точек на фазовой диаграмме позволяет установить границы устойчивости образующихся твёрдых соединений и определить особенности фазовых равновесий в исследуемой системе. Полученные результаты имеют важное значение для понимания механизмов кристаллизации, а также для прогнозирования условий формирования соответствующих кристаллических фаз.

Таблица 1.

Двойные и тройные точки системы NaClO₃∙CO(NH₂)₂-CH₃N(C₂H₅OH)₂-H₂O

Указанные области сходятся в одной тройной узловой точке системы, в которой устанавливается инвариантное фазовое равновесие между жидким раствором и двумя твёрдыми фазами. Для данной тройной точки экспериментально определены состав равновесного раствора и соответствующая температура кристаллизации, значения которых приведены в таблице 1.

На основе полученных экспериментальных данных построена политермическая диаграмма состояния системы. На диаграмме нанесены изотермы растворимости при температурах −60, −50, −40, −30 и −20 °C, что позволяет проследить изменение растворимости компонентов в зависимости от температуры и состава системы, а также определить границы областей устойчивости образующихся твёрдых фаз в исследуемом температурном интервале.

Заключение. Впервые методом визуально-политермического анализа исследована растворимость компонентов в трёхкомпонентной системе NaClO₃∙CO(NH₂)₂-CH₃N(C₂H₅OH)₂-H₂O. На основании полученных экспериментальных данных установлено, что исследуемая система относится к простому эвтоническому типу фазового равновесия. Построена политермическая диаграмма растворимости системы, определены области первичной кристаллизации твёрдых фаз и установлены соответствующие инвариантные точки. Полученные результаты расширяют представления о фазовых равновесиях в данной системе и позволяют более полно охарактеризовать её термодинамические особенности. Полученные сведения могут служить научной основой для разработки технологии получения дефолианта нового состава и оптимизации условий его кристаллизации и выделения.

Список литературы:

1. Умаров А.А., Кутянин Л.И. Новые дефолианты: поиск, свойства, применения. М.: Химия. 2000. -87с.
2. Ж.С. Шукуров, А.С. Тогашаров, М.К. Аскарова, С.Тухтаев Комплекснодействующие дефолианты, обладающие физиологически активными и инсектицедными свойствами. Т.: Издательсто «Навруз», 2019. -136с.
3. Кефели В.И. Физиологические основы дефолиации и продукционний процесс. Ташкент: ФАН, 1990. -184с.
4. Назаров Р. Ғўза баргини сунъий тўктириш. // Ўзбекистон қишлоқ хўжалиги журнали. – Тошкент, 2003. – №8. – Б 12.
5. Teshaev F., Khaitov B. Effect of defoliants and fertilizers on yield and quality of upland cotton (Gossypium hirsutum L.) // Journal of Cotton Research and Development (CRDA). –India, 2015. -№1. рp. 57-60.
6. Адилова М.Ш. Получение дефолиантов на основе хлората натрия, магния, карбамида и моноэтаноламинных солей карбоновых кислот: Автореф. дис….канд.техн.наук. -Ташкент, 2009.- 24с.
7. 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.
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. А.А. Сидиков, А.С. Тогашаров, Ж. С. Шукуров, С. Тухтаев Изучение растворимости и реологических свойств системы NaClO₃·CO(NH₂)₂-NH₂C₂H₄OH·HNO₃-H₂O. Узбекский химический журнал. Ташкент, 2018. №3. С.3-9. (02.00.00. №6)
11. А.А. Сидиков, А.С. Тогашаров, Ж. С. Шукуров, С. Тухтаев The solubility and rheological properties of the NaClO₃∙CO(NH₂)₂-N(C₂H₄OH)₃∙HNO₃-H₂O system. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology.
12. А.А. Сидиков, А.С. Тогашаров, С. Тухтаев Растворимость в системах, включающих монокарбамидохлорат натрия, нитрат моноэтаноламина и нитрат триэтаноламина Universum: технические науки. Москва, 2020. 12(81). С. 54-59 (02.00.00. №6).