Исследование свойств триполифосфата натрия

 

3.1 Гидролитическое расщепление в растворах

 

В водном растворе триполифосфат подвергается гидролизу, конечной стадией которого является образование ортофосфата. Однако скорость гидролиза в зависимости от условий меняется в широких пределах. В обычных условиях (комнатная температура, нейтральные растворы) эти соединения являются устойчивыми. Важнейшие факторы, влияющие на скорость гидролиза:

- температура (ускоряет в 105 - 106 раз при переходе от температуры замерзания к температуре кипения);

- рН (замедляет в 103 – 104 раз при переходе от сильно кислой среды к щелочной);

- ферменты (ускоряют в 105 – 106 раз);

- коллоидные гели (ускоряют в 104 – 105 раз);

- комплексообразующие катионы (в большинстве случаев ускоряют во много раз);

- концентрация (скорость примерно пропорциональна концентрации);

- ионная среда в растворе (изменяет скорость в несколько раз).

На основании лабораторных исследований установлено, что на скорость гидролиза триполифосфата в различных природных водах, помимо температуры, оказывает влияние кальциевая и магниевая жесткость воды.

Гидролиз аденозинтрифосфата и других органических производных триполифосфорной кислоты играет важную роль в биохимических процессах.

 

 

3.2 Комплексообразование

 

В присутствии триполифосфатных анионов поливалентные катионы не осаждаются из водных растворов обычно применяющимися для этой цели реактивами. Но при добавлении триполифосфата, осадок частично или полностью переводится в раствор. Комплексообразование является одним из свойств, с которым связано начало практического применения полифосфатов для умягчения воды.

В аналитической химии триполифосфат с успехом заменяет трилон Б в качестве комплексообразующего агента, он переводит в раствор такие малорастворимые соли, как карбонаты кальция, магния и марганца, окислы железа, пирофосфаты цинка и др.

Предотвращение осаждения солей жесткости характеризуется в технике «кальциевыми» или «магниевыми» числами, которые выражают весовые количества ионов этих металлов, удерживаемые в растворе определенным количеством полифосфата.

В методах, связанных с образованием и растворением осадков, важна правильная оценка достижения равновесного состояния между раствором и осадком. Пренебрежение фактором времени может привести к значительному расхождению результатов.

Секвестрирующая способность триполифосфата зависит от температуры, рН, природы и концентрации связываемых катионов, присутствия посторонних примесей и других факторов. Также на комплексообразующую способность триполифосфата влияет ионная среда раствора. При увеличении концентрации ионов натрия она уменьшается, что обусловлено эффектом высаливания. С ростом ионной силы раствора прочность образующихся комплексов уменьшается.

При таком многообразии влияющих факторов возникают споры относительно преимущества того или иного представителя семейства полифосфатов, применяемого в качестве комплексообразователя.

Примечательным свойством триполифосфатов является их способность стабилизировать водные растворы и предотвращать осаждение малорастворимых солей при очень низких концентрациях, заведомо недостаточных для связывания осаждающихся катионов в растворимые комплексы.

 

3.3 Растворимость

 

В водных растворах стабильной формой является гексагидрат (Na5P3O10∙6Н2О). Растворимость гексагидрата триполифосфата натрия, содержащего 98-99% основного вещества, увеличивается сравнительно быстро с изменением температуры до значения 0°. При -1,41° (эвтектика) в равновесии с насыщенным раствором находятся кристаллы гексагидрата и лед. По мере дальнейшего роста температуры растворимость уменьшается и проходит через минимум при 20°. Выше 50° равновесие не устанавливается из-за усиленного гидролиза, который приводит к завышенным значениям растворимости.

В области температур 0-100° в равновесии с насыщенным раствором находится одна твердая фаза – кристаллический гексагидрат. Безводные формы 1 и 2 триполифосфата натрия растворяются необратимо и в заметно больших количествах по сравнению с гексагидратом.

Растворение метастабильного в воде безводного триполифосфата натрия сопровождается образованием более концентрированных растворов с концентрацией около 33 % для низкотемпературной формы 2 и около 15 % для высокотемпературной формы 1; образующиеся при этом растворы нестабильны, и содержание Na5P3O10 в них при хранении постепенно снижается до равновесной величины. Растворы триполифосфата натрия обладают щелочной реакцией; в водных растворах происходит медленная реакция разложения триполифосфата натрия, ускоряющаяся при нагревании и в присутствии щелочей и особенно кислот.

Безводные формы триполифосфата натрия растворяются в воде с выделением тепла, а гексагидрат – с поглощением. Теплоты растворения форм 1, 2 и гексагидрата равны соответственно -16,1, -14,1 и +2,6 ккал/моль. Различие в скорости растворения используется для определения форм 1 и 2 в безводном триполифосфате (испытанием на повышение температуры).

 

3.4 Вязкость, плотность и показатель преломления водных растворов

 

Динамическая вязкость η водных растворов триполифосфата натрия при 20° и 25° представлена на Рисунке 1. Кривые направлены выпуклостью к оси абсцисс. Изучение вязкости водных растворов высокомолекулярных конденсированных фосфатов позволило получить важные сведения об их структуре.

Плотность водных растворов триполифосфата натрия является линейной функцией концентрации (Рис. 2.). Эту зависимость можно выразить формулой:

d25 = BC + d´25,натрий

где d´25 – плотность воды при 25°;

С – концентрация в г/100 мл раствора;

В – постоянная величина.

Для триполифосфата натрия В = 8,77 * 10-3, в случае остальных фосфатов она имеет другие значения.

Как и плотность, показатель преломления n водных растворов триполифосфата натрия и полифосфорных кислот является линейной функцией концентрации. Она выражается формулой:

 

nD25 = AC + n0D25,

где n0D25 – показатель преломления воды;

А – постоянная (1,450 * 10-3 для триполифосфата натрия);

С - концентрация в г/100 мл раствора.

Заключение

 

Триполифосфат натрия (Na5P3O10) - широко применяется в синтетических моющих средствах (CMC); помимо комплексообразующей способности он обладает способностью пептизировать пигментные загрязнения. Кроме того, фосфаты предотвращают повторное осаждение загрязнений на ткань, удерживая их в моющем растворе в диспергированном состоянии.

Известны многочисленные способы получения безводного триполифосфата натрия. Однако, образующаяся в качестве целевого продукта безводная соль метастабильна и при внесении в воду комкуется, слипается и схватывается, что ухудшает потребительские качества моющих средств.

Гексагидрат триполифосфата натрия является стабильной солью [7] и дополнительно не оводняется как во влажной атмосфере, так и в воде, а, следовательно, не слёживается при хранении, не комкуется и не схватывается при введении в реакторы или стиральные машины, заполненные водой. Это предопределяет целесообразность и эффективность его использования в процессах приготовления СМС и, особенно, при получении последних методом сухого смешения. Гексагидрат имеет меньшую насыпную массу по сравнению с триполифосфатом натрия, применяемым для его получения, что также интересно с точки зрения создания легковесомых композиций.

 

 

Список использованных источников

 

1. Жданов Ю.Ф. Химия и технология полифосфатов. М.: Химия,1979. - 240 с.

2. Натрия триполифосфат технический модифицированный. Технические условия. ТУ 2148-095-23380904-2004.

3. Позин М.Е. и др. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот), ч.11, изд. 4-е, испр. Л., «Химия»,1974. – 1556 с.

4. Продан Е.А., Продан Л.И., Ермоленко Н.Ф., Триполифосфаты и их применение. Минск: «Наука и техника», 1969. - 533 с.

5. Шапкин М.А., Попов В.Л. Сырьевая база промышленности СМС и ТБХ. Информационно-аналитический журнал «Бытовая химия», №2, 2000.

6. Эсмонтович А.В. Выпускная квалификационная работа на получение

степени инженера. Проект реконструкции производства триполифосфата натрия с получением продукта пищевых кондиций., 2006. - 110 с.

7. Фанаков А.В. Магистерская диссертация. Изучение пересыщения триполифосфата натрия в водно-солевых системах, содержащих ионы натрия.,2010. – 73 с.

 

Размещено на Allbest.ru