ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 60, № 1, с. 127-131
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 547.495.2:633.511
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДИМЕТИЛОЛМОЧЕВИНЫ С ХЛОРИДОМ НАТРИЯ В ВОДЕ
© 2015 г. С. Усманов, А. Т. Садырова, У. М. Тойпасова, Г. Т. Омарова, Ш. Байбащаева, Э. Н. Рамазанова
АО "Институт химических наук им. А.Б. Бектурова", Алматы, Казахстан
E-mail: tuljan@mail.ru Поступила в редакцию 19.05.2014 г.
Исследованы теоретические основы химической мелиорации диметилолмочевины на землях с хло-ридным засолением. Визуально-политермическим и изотермическим методами анализа изучена растворимость в системе ДММ—хлорид натрия—вода. Проведены исследования по влиянию диметилолмочевины на всхожесть и энергию прорастания семян хлопчатника.
DOI: 10.7868/S0044457X15010195
Засоление орошаемых почв как фактор опустынивания имеет два крупных аспекта проблемы: рост солончаковых пустынь в бессточных бассейнах и вторичное засоление орошаемых земель. Специфика опустынивания на засоленных почвах связана с их зональным и структурным разнообразием. Доля засоленных почв составляет примерно 20% от площади всей орошаемой пашни. Сложившаяся ситуация в орошаемом земледелии снизила валовый сбор растениеводческой продукции в 1.6—1.8 раза [1]. Засоление почв обусловлено накоплением в почве большого количества водорастворимых солей катионов Са2+, М§2+, К+, и
анионов С1-, С02-, НСО-, N0^ [2]. Наибольший токсический эффект проявляют сода, затем хлорид, далее бикарбонаты натрия и магния и затем сульфаты натрия и магния.
Если принять токсичность ионов хлора за 1, то соотношение ионов по токсичности можно выразить следующим рядом: 1 С1- — 0.1С03 — (2.5—3.0)
НСО- — (5.0—6.0) 804~ (учитываются только токсичные ионы, после вычитания из данных водной вытяжки сульфата и бикарбоната кальция). В работе [2] приведены данные влияния степени засоления почвы на урожайность растений, из которых следует, что для получения полноценного урожая сельскохозяйственных культур необходимо проведение мероприятий по обессоливанию почвы. Наиболее приемлемым является создание химических препаратов с мелиоративными свойствами, которые в период развития растений обеспечивали бы защиту от токсичных ионов.
Известно, что избыточное содержание ионов натрия и хлора в почве оказывает гиперосмотическое и токсическое действие на растение и поддержание роста в этих условиях связано как с ре-
гуляцией водного и осмотического гомеостаза, так и с изменением свойств клеточных стенок растений [3]. Таким образом, необходимы новые композиции удобрений, связывающие токсичные соли, особенно хлорид натрия, в комплексные и другие соединения и тем самым нейтрализующие их негативное воздействие на семя и их зародыши, а также растения на начальной фазе развития.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Визуально-политермический метод основан на определении температуры появления первых или исчезновения последних кристаллов в многокомпонентных водно-солевых системах.
Изотермический метод основан на контакте жидкой и твердой фаз до наступления равновесия при постоянной температуре.
Методики проведения опытов подробно описаны в [4].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для характеристики поведения исходных компонентов при их совместном присутствии в широком концентрационном и температурном интервале визуально-политермическим методом изучена зависимость растворимости в системе диметилол-мочевина (ДММ)-хлорид натрия—вода от температуры в интервале от температуры полного замерзания (—28.6°С) до +50°С.
Растворимость ДММ в воде представлена на рис. 1. Определены состав (мас. %) и температура кристаллизации 13 образцов бинарной системы ДММ—вода. На основании полученных данных по-
128
УСМАНОВ и др.
г, °с
50 40 30 20
ыосн2мнсомнсн2оы,
10
-6.1°с
10
Н20
5.6%
10 20 30 40
мас. % Н0сН2МНс0МНсН20Н
Рис. 1. Диаграмма растворимости системы
г, °с
10
Н20
20 мас. %
30
30
№с1
Рис. 2. Политермическая диаграмма растворимости системы КаО—ЩО.
строена политермическая диаграмма растворимости бинарной системы ДММ—вода (рис. 1).
Из приведенных данных видно, что ДММ хорошо растворима в воде. Ветвь кристаллизации простирается от 5.6 до 100 мас. % ДММ.
Далее исследована растворимость в системе хлорид натрия—вода в интервале температур от -21.2 до 70°с (рис. 2).
Выделение льда на кривой растворимости системы продолжается до 23.2 мас. % МаО при -21.2°с (эвтектическая точка). Начиная с этой точки в системе кристаллизуется двухводный хлорид натрия (рис. 2) до 0.2° с, выше этой температуры — безводный №с1. Из диаграммы видно, что растворимость хлорида натрия мало изменяется с повышением температуры, данные исследования согласуются с ранее проведенными опытами [5].
Тройная система Н0СН2МНс0МНсН20Н— Мас1—Н20 исследована по шести внутренним разрезам: 1—Ш проведены со стороны ДММ—вода к вершине хлорида натрия, 1У—У1 со стороны хлорида натрия—вода — к вершине ДММ.
На основании растворимости в системах ДММ— Н20 и Мас1—Н20 и на внутренних разрезах 1—1У построена политермическая диаграмма растворимости системы Н0СН2:ЫНс0МНсН20Н—Маа—Н20 при температурах от —28.6 до 50°с (рис. 3).
На фазовой диаграмме состояния системы разграничены поля кристаллизации льда, ДММ, двухводного хлорида натрия и хлорида натрия. Установлены две тройные нонвариантные точки системы, для которых определены температуры кристаллизации и составы равновесного раствора.
На политермической диаграмме растворимости нанесены изотермы через каждые 10°С в интервале температур 0—40°С.
Согласно полученным данным, в изученном температурном диапазоне в системе не происходит образования ни твердых растворов, ни новых химических соединений на основе исходных компонентов. Необходимо отметить, что в изученной системе наблюдается взаимно высаливающее действие компонентов друг на друга.
Вследствие отсутствия образования двойного соединения на основе ДММ и хлорида натрия исследования по интерпретации образующихся новых фаз не проводились.
Далее изотермическим методом при 20°с изучена растворимость в системе Н0СН2МНс0МНсН20Н— Мс1—Н20. Результаты исследований представлены в табл. 1 и на рис. 4, установлено, что система эвтонического типа. Точка нонвариант-ного равновесия системы отвечает насыщенному водному раствору ДММ и Мс1 (14.39 и 5.03 мас. % соответственно). Растворимость ДММ равна 16.5 мас. % и с увеличением концентрации Мс1 умень-
0
Н0СН2МНс0МНсН20Н—Н20.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДИМЕТИЛОЛМОЧЕВИНЫ С ХЛОРИДОМ НАТРИЯ В ВОДЕ 129
Н20
—5.7
20
60
80
40 мас. %
Рис. 3. Политермическая диаграмма растворимости системы ДММ—хлорид натрия—вода.
Н0сН2МНс0МНсН20Н
шается до 14.42 мас. %. Растворимость Мс1 равна 21.2 мас. % и с увеличением концентрации ДММ уменьшается до 8.83 мас. %.
Результаты исследований имеют очень важное практическое значение, так как снижение растворимости №с1 в 2.4 раза будет способствовать
снижению токсического влияния ионов и с1— на растение и осмотического давления почвенного раствора.
Проведены исследования по влиянию ДММ на всхожесть и энергию прорастания семян хлопчатника на модельных растворах хлорида натрия.
Таблица 1. Данные по растворимости в системе Н0СН2МНс0МНсН20Н—Мас1—Н20 при 20°с
Состав жидкой фазы, мас. % Состав твердого остатка, мас. % Твердая фаза
ДММ №с1 ДММ №с1
16.50 — 88.51 — Н0СН2МНс0]ЧНсН20Н
15.80 2.38 86.41 0.75 »
14.42 5.01 92.65 1.05 »
14.39 5.03 55.52 22.52 носн2мнс0]чнсн20н + №с1
14.35 5.25 52.60 34.21 »
14.21 6.01 44.53 46.02 »
11.12 8.83 47.34 42.93 №с1
8.53 10.51 9.51 35.65 »
4.95 13.30 7.62 45.92 »
2.51 15.49 5.32 50.44 »
2.32 17.13 3.25 65.33 »
— 21.20 — 83.74 »
130 УСМАНОВ и др.
H0CH2NHC0NHCH20H
Рис. 4. Изотермическая диаграмма растворимости системы Н0СН2NНC0NHCH20H—NaC1—H20 при 20°С.
На основании содержания иона хлора установлены следующие концентрации солей хлорида натрия, мас. %: слабое засоление — 0.02; среднее засоление — 0.04; сильное засоление — 0.08.
Всхожесть семян хлопчатника исследовали на песчаной культуре, содержащей вышеприведенные концентрации ионов С1-. Результаты исследований представлены в табл. 2, методика проведения опытов описана в [4].
Из полученных данных следует, что обработка семян ДММ обеспечивает их большую всхожесть (энергию прорастания) по сравнению с контрольным материалом. Также следует подчеркнуть, что эффект действия ДММ усиливается по мере повышения степени засоленности почв. Так, если в случае незасоленной почвы разница энергии прорастания на 12 сут составляет 5.43%, то на слабозасоленной почве — 15%. Дальнейшее повышение степени засоленности почв приводит
Таблица 2. Влияние предпосевной обработки семян хлопчатника раствором ДММ на всхожесть и энергию прорастания семян
Степень засоления почвы Варианты Всхожесть семян (шт. в сутки) Энергия прорастания, %
6 8 12 6 8 12
Незасоленная Без ДММ 26 32 45 49 65 92
С ДММ 33 42 51 62 83 97
Слабозасоленная Без ДММ 19 29 38 41 58 80
С ДММ 25 34 49 53 69 92
Среднезасоленная Без ДММ 14 20 25 29 40 50
С ДММ 22 27 39 43 54 76
Сильнозасоленная Без ДММ 8 10 15 13 18 30
С ДММ 13 17 25 23 32 47
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДИМЕТИЛОЛМОЧЕВИНЫ С ХЛОРИДОМ НАТРИЯ В ВОДЕ
131
к увеличению разницы энергии прорастания, которая составляет 52 и 56.6% соответственно при среднем и сильном засолении.
Таким образом, визуально-политермическим и изотермическим методами физико-химического анализа изучена растворимость в системе ДММ—хлорид натрия—вода. Показано, что в широком концентрационном и температурном интервале от —28.6 до 50°с в системе не происходит образования ни твердых растворов, ни новых химических соединений. Система эвтонического типа. Точка нонвариантного равновесия системы отвечает насыщенному водному раствору ДММ и №с1 (14.39 и 5.03 мас. % соответственно). Растворимость ДММ равна 16.5 мас. % и с увеличением концентрации хлорида натрия уменьшается до 14.42 мас. %. Растворимость Мс1 равна 21.2 мас. % и с увеличением концентрации ДММ уменьшается до 8.83 мас. %.
Снижение растворимости хлорида натрия в 2.5 раза снижает его негативное влияние на культурные растения и осмотическое давление поч-
венного раствора. Резуль
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.