Политерма растворимости системы нитрата карбамида - моноэтаноламин – вода

Polyterm in solubility sistem of nitrate carbamide - monoethanolamine - water
Цитировать:
Политерма растворимости системы нитрата карбамида - моноэтаноламин – вода // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Тухтаев С. [и др.]. 2019. № 8 (65). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/7731 (дата обращения: 23.05.2024).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Изучена растворимость компонентов в системе HNO3·CO(NH2)2 -NH2C2H4OH - H2O визуально - политермическим методом в широком интервале температур. На фазовой диаграмме системы разграничены поля кристаллизации льда, двух-, одно- и безводного моноэтаноламина, нитрата карбамида и соединения состава HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH. Установлены оптимальные условия синтеза нитрата карбамида моноэтаноламмония при изучении физико-химических свойств: температуры кристаллизации, плотности, вязкости, рН растворов в зависимости от соотношения компонентов.

ABSTRACT

The solubility of the components in the system HNO3 · CO (NH2)2 -NH2C2H4OH - H2O was studied by the visual-thermal method in a wide temperature range. The fields of crystallization of ice, two-, one-, and anhydrous monoethanolamine, of carbamide nitrate and compounds of the composition HNO3 • CO(NH2)2 · NH2C2H4OH are delimited on the phase diagram of the system. It was established optimal conditions for the synthesis of monoethanolammonium urea nitrate in the studying the physicochemical properties of the crystallization temperature, density, viscosity, pH of the solutions in depending on the ratio of components.

 

Ключевые слова: диаграмма растворимости, политерма, система, нитрат карбамида, моноэтаноламин.

Keywords: solubility diagram, polytherm, system, carbamide nitrate, monoethanolamine.

 

Дефолиация – важное агротехническое мероприятие в современном этапе возделывания сельскохозяйственных культур [4, c. 26]. Синтезируемые дефолианты должны быть малотоксичными, мягкодействующими на растения и высокоэффективными, обеспечивающими опадения листьев за одну обработку [7, с.  11-19; 1, с. 126-143].

Этаноламины и их производные с кислотами, в частности уксусной, лимонной, азотной обладают физиологической активностью, усиливают эффективность дефолиантов [2, с. 471-480; 5, с. 13-22]. Благодаря наличию в составе их молекул этиленовой  -СН2-СН2- группы, они проявляют рост ретардантных свойств, приводящие к увеличению этилена в зоне опадения листьев [3, с. 31-36]. Это является основным фактором усиления процесса дефолиации и ускорения опадения листьев, созревания урожая сельскохозяйственных культур и предотвращения вторичного отрастания листьев после дефолиации.

Нитрат карбамид [6, с. 947-957] и этаноламин является стимулятором роста и развития, а также эффективным синергистом для хлоратсодержащих дефолиантов, усиливающих их дефолиирующий активность.

Для физико-химического обоснования процесса синтеза производных этаноламинов, используемых в качестве этиленпродуцирующей добавкой к хлоратсодержащим дефолиантам, представляет интерес изучение поведения моноэтаноламина и нитрата карбамида в системе HNO3·CO(NH2)2 -NH2C2H4OH - H2O в широком температурном и концентрационном интервале.

Изучение растворимости бинарной системы моноэтаноламин – вода показало, что на её диаграмме разграничиваются четыре ветви кристаллизации; льда, двух-, одно- и безводного моноэтаноламина. Эвтектическая  точка системы соответствует 52,4% NH2CH2CH2OH и 47,6% H2O при -48,3°С. Данные полученные нами хорошо согласуются с литературными [8, с. 11-12].

Исследование в бинарной системы нитрат карбамида - вода показало, что на её диаграмме растворимости выявлены поле кристаллизации льда и нитрата карбамида (рис.1). Эвтектическая точка данной бинарной системы соответствует 7,8 % льда и нитрата карбамида при -1,6 °С.

Нами изучена растворимость в системе HNO3·CO(NH2)2 -NH2C2H4OH - H2O визуально-политермическим методом в интервале температур – 57,8 до -1,6°С (рис. 2). При изучении тройной системы HNO3·CO(NH2)2-NH2C2H4OH - H2O было исследовано семь внутренних разрезов. Из них разрезы I-III проведены со стороны нитрата карбамида – вода к вершине моноэтаноламина, IV – VII со стороны моноэтаноламина – вода к вершине нитрата карбамида. На фазовой диаграмме системы разграничены поля кристаллизации льда, двух-, одно- и безводного моноэтаноламина, нитрата карбамида и соединения состава HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH.

 

 

Рисунок 1. Диаграмма растворимости системы HNO3·CO(NH2)2 H2O

 

 

Рисунок 2. Политермическая диаграмма растворимости системы HNO3·CO(NH2)2 - NH2C2H4OHH2O

 

Определены составы и температуры кристаллизации для трех тройных точек системы (табл. 1).

Таблица 1.

Тройные и двойные точки системы HNO3·CO(NH2)2 - NH2C2H4OH - H2O

Состав жидкой фазы, %

Темп-ра крист.,

°С

Твердая фаза

Нитрат мочивена

МЕА

H2O

-

79,6

20,4

-25,2

NH2C2H4OH + NH2C2H4OH ·H2O

2,4

77,6

20,0

-25,6

то же

5,2

75,0

19,8

-26,1

то же

8,2

72,2

19,6

-26,8

то же

33,7

40

26,3

-36,2

то же

37,6

28,4

34,0

-37,2

NH2C2H4OH + NH2C2H4OH·H2O + HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH

-

66,3

33,7

-46,1

NH2C2H4OH·H2O + NH2C2H4OH ·2H2O

3,9

64,1

32,0

-46,2

то же

8,0

60,2

31,8

-46,7

то же

11,8

51,9

36,3

-47,4

то же

19

36,4

44,6

-48,1

то же

20,2

32,0

47,8

-48,3

то же

25,8

19,6

54,6

-49,2

NH2C2H4OH ·H2O + NH2C2H4OH·2H2O + HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH

-

52,4

47,6

-48,3

Лед+NH2C2H4OH·2H2O

5,2

47,8

47,0

-50,5

то же

11,6

35,8

52,6

-55,5

то же

12,4

17,6

70,0

-56,5

то же

12,5

7,2

80,3

-57,0

Лед + NH2C2H4OH·2H2O + HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH + HNO3·CO(NH2)2

56,0

44,0

-

-10,0

NH2C2H4OH + HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH

49,3

39,8

10,9

-20,2

то же

43,4

34,0

22,6

-30,2

то же

34,2

26,3

39,5

-40,5

NH2C2H4OH·H2O + HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH

24,5

18,6

56,9

-50,0

NH2C2H4OH·2H2O + HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH

21,0

16

63,0

-52,6

то же

13,7

12,8

73,5

-55,2

то же

10,0

4,0

86,0

-5,4

Лед + HNO3·CO(NH2)2

6,8

-

93,2

-1,6

то же

64,6

35,4

-

-12,0

HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH + HNO3·CO(NH2)2

60,0

35,7

4,3

-19,0

то же

54,8

31,3

13,9

-26,1

то же

45,7

21,8

32,5

-35,8

то же

31,0

13,9

55,1

-47,8

то же

26,4

12,8

60,8

-50,9

то же

18,4

8,6

73,0

-55,8

то же

 

Из диаграммы растворимости системы нитрат карбамид - моноэтаноламин – вода  видно, что интервал температур -1,6 ¸ - 57,0°С отвечает совместной кристаллизации льда с нитратом карбамидом, а -48,3 ¸ - 57,0 °С –льда с двухводним моноэтаноламином. В интервале температур -46,1¸ -49,2°С из равновесного раствора совместно кристаллизуются одноводный моноэтаноламин и двухводный моноэтаноламин, а при -25,2 ¸ - 37,2 °С одноводный моноэтаноламин с моноэтаноламином. Как видно из приведенных данных, в изученной системе в качестве новой фазы образуется  соединение HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH. Данное соединение образуется в интервале температур -1,6 до -12,0 °С при концентрациях нитрата карбамида от 6,9 до 64,8% и моноэтаноламина до 35,8%.

Соединение, обнаруженное в изученной системе, выделено из  предполагаемой области кристаллизации и идентифицировано химическим методом анализа.

Химический анализ показал следующие результаты:

Найдено, % : С = 19,49% ;  N = 30,41; H= 6,6; О=43,50.

для HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH

вычислено, % : С = 19,56% ;  N = 30,43; H= 6,52; О=43,48.

Изучено взаимодействие компонентов и физико-химические свойства растворов в системе [15% HNO3·CO(NH2)2 + 85% H2O] – NH2C2H4OH с целью обоснования процесса получения растворов нитрат карбамида моноэтаноламмония. Определены температуры кристаллизации, вязкости, показателя преломления, плотности и рН растворов изучаемых систем в зависимости от содержания компонентов при 25 ºС. На построенных диаграммах «состав - свойства» системы [15% HNO3·CO(NH2)2 + 85% H2O] – NH2C2H4OH наблюдаются 2 излома на кривых растворимости компонентов, соответствующих двойным точкам совместной кристаллизации в трех различных твердых фаз (рис.3).

Как видно из рис. 3, при добавлении 7,2 % моноэтаноламина к 15 %-ному раствору нитрата карбамида, температура кристаллизации раствора снижается от 18,0 до -2,0 ºС. В эвтектической точке происходит кристаллизация двух твердых фаз HNO3·CO(NH2)2 и HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH.

 

 

Рисунок 3. Зависимость изменения физико-химических свойств растворов:

(1 - температуры кристаллизации, 2 - рН среды, 3 - вязкости, 4 - плотности и 5 - показателя преломления) растворов от соотношения компонентов в системе [15% HNO3·CO(NH2)2 + 85% H2O] NH2C2H4OH

 

Таблица 2.

Температура кристаллизации, вязкости, плотности и рН среды растворов в системе [15% HNO3·CO(NH2)2 + 85% H2O] NH2C2H4OH

Содержания компонентов, %

Тем. крист.,

t, °С

Плот-ность

d, г/см3

Вяз-кость η, мм2

рН

Показатель преломления

15% нитрат карбамида +85% Н2О

МЭА

100

-

18,0

1,080

1,20

0,3

1,351

95

5

6,00

1,082

1,10

4,2

1,365

90

10

-3,40

1,083

1,60

8,0

1,376

85

15

-6,20

1,084

3,20

9,4

1,386

80

20

-9,60

1,083

4,40

10,8

1,395

70

30

-16,8

1,082

6,40

12,3

1,412

60

40

-25,8

1,078

8,00

12,6

1,424

50

50

-36,2

1,070

9,10

12,8

1,434

40

60

-27,2

1,063

12,2

13,8

1,439

30

70

-19,8

1,050

12,0

13,9

1,445

 

Дальнейшее повышение концентрации моноэтаноламина приводит к уменшению температуры кристаллизации и плотности, а значения вязкости, рН среды и показателя преломления постепенно увеличиваются в растворе систем. Начиная с 7,2 %-ной концентрации моноэтаноламина в растворе системы, образуется новое соединение HNO3·CO(NH2)2·NH2C2H4OH.

По мере увеличения концентрации моноэтаноламина в растворе, температуры кристаллизации, плотности, вязкости, рН и показатель преломления вновь образующихся растворов плавно увеличиваются, а значение плотности постепенно понижается.

Из полученных результатов следует, что при нейтрализации 15 % -ного раствора нитрата карбамида с моноэтаноламином образуются 22,5 % - ные растворы нитрата карбамида моноэтаноламмония, характеризующиеся хорошими физико-химическими свойствами, имеющие рН среды 6,10, плотностью 1,188 г/см3, температуры кристаллизации 4,0 ºС и вязкость 2,150 мм2/с соответственно.

Таким образом на основе полученных данных по растворимости компонентов в вышеуказанных систем и изменения физико-химических свойств (температуры кристаллизации, плотности, вязкости, рН) растворов в зависимости от соотношения компонентов установлены оптимальные условия синтеза 22,5 % - ного раствора нитрата карбамида моноэтаноламмония.

 

Список литературы:
1. Зубкова Н.Ф. Применение и особенности действия дефолиантов и десикантов // Агрохимия. - 1991. - № 8. - C. 126-143.
2. Кефели В.И. Рост растений и природные регуляторы // Физиология растений. 1997. - Т. 44.- №3. - С. 471-480.
3. Кулаева О.Н. Этилен в жизни растений // Соросовский Образовательный Журнал. - 1998.- № 3. - С. 31-36.
4. Мельников Н.Н. и др. Пестициды и регуляторы роста растений: Справочник. – М.: Химия, 1995. – 66 с.
5. Малиновский В.И. Физиология растений - Владивосток: -2004 г. - 110с.
6. Молодкин А.К., Эллерт Г.В., Иванова О.М., Скотникова Г.А. О соединениях карбамида с кислотами. // Журн.неорган.химии. – М.: Наука. -1967. - Т. 7. - Вып. 4. – С. 947–957.
7. Стонов Л.Д. Дефолианты и десиканты. - М.: Химия. 1973.–159с.
8. Хайдаров Г.Ш., Кучаров Х., Тухтаев С. Политерма растворимости системы хлорат натрия-моноэтаноламин-вода // Узб.хим.журн. -1997. №.1 –с.11-12.

 

Информация об авторах

доктор химических наук, академик, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, 100170, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Мирзо Улугбека, 77-а

Doctor of Chemical Sciences, academician, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek Str., 77-а

стажер-исследователь, Институт общей и неорганической химии АН РУз, Узбекистан, г. Ташкент

Research Intern, Institute of General and Inorganic Chemistry, AS RUz, Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, Институт общей и неорганической химии АН РУз, Главный научный сотрудник, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Science in Technics, Institute of General and Inorganic Chemistry of the, Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, Институт общей и неорганической химии АН РУз, Главный научный сотрудник, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Science in Technics, Institute of General and Inorganic Chemistry of the AS RUz, Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top