ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЕ ХИМИИ, 2014, том 59, № 2, с. 262-265
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 547.495.2:631.547.1:661.321.8:631.895
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОНОМЕТИЛОЛМОЧЕВИНЫ С БИКАРБОНАТОМ НАТРИЯ В ВОДЕ
© 2014 г. С. Усманов, У. М. Тойпасова, Г. Т. Омарова, Б. Толкын, Э. Б. Козыбакова
АО "Институт химических наук им. А.Б. Бектурова", Алматы, Казахстан
E-mail: tulzjan@mail.ru Поступила в редакцию 05.02.2013 г.
Физико-химическими методами анализа — визуально-политермическим и изотермическим — исследованы процессы, протекающие в трехкомпонентной водно-солевой системе, содержащей мо-нометилолмочевину и бикарбонат натрия. Показано, что за счет химического связывания бикарбоната натрия с монометилолмочевиной повышается всхожесть и энергия прорастания семян хлопчатника в засоленных почвах.
Б01: 10.7868/80044457X14020226
Засоление почвы негативно влияет на всхожесть семян, рост и развитие растений, урожайность сельскохозяйственных культур. Почвы содового засоления отличаются высоким содержанием водорастворимых солей натрия со значительной фракцией соды и являются экстремальным местом обитания с двойной нагрузкой (соленость и щелочность) для живущих в них микроорганизмов [1].
Большинство существующих минеральных удобрений на засоленных землях неэффективны и способствуют угнетению растений из-за повышения осмотического давления почвенного раствора. Необходимы новые композиции удобрений, связывающие токсичные соли, в том числе бикарбонат натрия, в комплексные и другие соединения и тем самым нейтрализующие их негативное воздействие.
Установлено, что мочевиноформальдегидные удобрения не повышают, а даже несколько снижают осмотическое давление почвенного раствора и весьма эффективны на засоленных почвах [2—4]. Однако в литературе отсутствуют сведения о мелиорирующих свойствах мочевиноформаль-дегидных соединений на почвах с бикарбонат-ным засолением. В этой связи визуально-политермическим и изотермическим методами нами были изучены растворимость и химическое взаимодействие в трехкомпонентных водных системах, содержащих монометилолмочевину (МММ) и бикарбонат натрия.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Визуально-политермический метод основан на определении температуры появления первых
или исчезновения последних кристаллов в многокомпонентных водно-солевых системах.
Исследование проводили на установке, состоящей из сосуда Дьюара с жидким азотом и пробирки Уленгута с раствором соли.
Пробирку взвешивали, наливали в нее 2 мл воды, снова взвешивали, затем добавляли 0.01 г №НСО3, который полностью растворялся в воде. Пробирку устанавливали над жидким азотом в сосуде Дьюара, непрерывно перемешивали ее содержимое и фиксировали температуру, при которой появлялись первые кристаллы. Данные заносили в таблицу. Снова добавляли и растворяли 0.01 г МаНСО3, после чего помещали в сосуд Дью-ара и фиксировали температуру появления первых кристаллов. Процедуру повторяли до полного насыщения раствора (12 точек). По полученным данным строили диаграмму кристаллизации.
Изотермический метод основан на контакте жидкой и твердой фаз до наступления равновесия при постоянной температуре. Прибор для определения растворимости представлял собой помещенный в термостат сосуд из двух частей: нижняя служила для загрузки исходных компонентов и отбора проб, верхняя представляла собой гидрозатвор, куда заливался раствор глицерина и вставлялась верхняя часть мешалки, соединенной с мотором. Перемешивание осуществляли таким образом, чтобы некоторое количество твердой фазы постоянно находилось во взвешенном состоянии. Следует отметить, что от скорости перемешивания зависело время установления равновесия в системе.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОНОМЕТИЛОЛМОЧЕВИНЫ С БИКАРБОНАТОМ НАТРИЯ
263
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для характеристики поведения исходных компонентов, при их совместном присутствии в широком концентрационном и температурном интервале, визуально-политермическим методом изучена растворимость в системе МММ-бикарбонат натрия—вода от температуры полного замерзания —8.5 до +40°С.
Определены состав (мас. %) и температура кристаллизации 13 образцов бинарной системы МММ—вода. На основании полученных данных построена политермическая диаграмма растворимости бинарной системы МММ—вода (рис. 1).
Из приведенных данных видно, что МММ хорошо растворима в воде. Ветвь кристаллизации простирается от 6.0 до 100 мас. % МММ.
Тройная система Н2МС0МНСН20Н-НаНС03-Н20 исследована по шести внутренним разрезам: разрезы I—IV проведены со стороны МММ—вода к вершине бикарбоната натрия, а V, VI со стороны бикарбонат натрия—вода — к вершине МММ.
На основании изучения растворимости в двойных системах №НС03-Н20, Н20-МММ и внутренних разрезов построена политермическая диаграмма растворимости системы МММ—МаНС03— Н20 при температурах от —8.5 до +40°С (рис. 2).
На фазовой диаграмме состояния системы разграничены поля кристаллизации льда, МММ, бикарбоната натрия и нового соединения состава Н^С0тСН20Н • ШНС03. Установлены две тройные нонвариантные точки системы (табл. 1), 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.
Анализ диаграммы растворимости показал, что обнаруженное соединение МММ с бикарбо-
г, °С
50
40
30
20
10
Н2О 10 20 30 40
мас. % Н2МС0МНСН20Н
Рис. 1. Диаграмма растворимости в системе Н2МС0КНСН20Н-Н20.
натом натрия конгруэнтно растворимо в воде: лучи, связывающие полюс соединения с началом координат, пересекают поля его кристаллизации в широком интервале температур.
Соединение Н2:ЫС0МНСН20Н • ШНС03 образуется в интервале температур —8.5 до +40°С при содержании 3—46 мас. % МММ и 6—10 мас. % ШНС03.
Таблица 1. Двойные и тройные нонвариантные точки системы Н2МС0МНСН20Н—№НС03—Н20
№ п/п Состав жидкой фазы, мас. % г °с Твердая фаза
МММ №НС03 Н2О
1 - 6.3 93.7 -2.4 Лед + №НС03
2 3.0 6.5 90.5 -8.5 Лед + №НС03 + МММ
3 3.8 5.0 91.2 -5.2 Лед + Н2МС0МНСН20Н • №НС03
4 5.0 3.5 91.5 -4.2 Лед + Н21ЧС0]ЧНСН20Н • №НС03 + МММ
5 9.5 2.7 87.7 10.8 Н2МС01ЧНСН20Н • №НС03 + МММ
6 18.0 2.9 79.1 21.2 То же
7 25.5 3.5 71.0 34.5 »
8 28.3 4.7 67.0 37.6 »
9 37.5 6.8 55.7 49.0 »
10 6.0 - 94.0 -5.9 Лед + МММ
0
264
УСМАНОВ и др.
Н2МСОМНСН2ОН
80
^ 60 ■
с« К
% 90 к
и I
к40
г о
К"
К \
2^
20
Н20У-2^ 20шИСС340
60
80 №ИС03
мас. %
Рис. 2. Политермическая диаграмма растворимости системы И^С0^СИ20И-ЫаИС03-И20.
И2МС0МИСИ20И
80
%
60
,H2NC0NHCH20H • №ИС03
40 -
20
И20 20
40
60 80 №ИС03
мас. %
Рис. 3. Изотермическая диаграмма растворимости в системе H2NC0NHCH20H-NaHC03-H20 при 20°С.
Соединение выделено в кристаллическом виде и идентифицировано методами химического и физико-химического анализа.
Химический анализ фазы, выделенной из предполагаемой области кристаллизации
H2NC0NHCH20H • ШИС03, дал следующие результаты.
Na С N О Найдено, мас. %: 13.18; 20.50; 15.97; 45.68. Для H2NC0NHCH20H • №ИС03 вычислено, мас. %: 13.21; 20.68; 16.09; 45.97.
Нами впервые изотермическим методом изучена растворимость в системе H2NC0NHCH20H-NaHC03-H20 при 20°С. При этой температуре и непрерывном перемешивании равновесие в системе устанавливалось через 10 ч. Полученные данные использовали для определения составов твердых фаз по Скрейне-макерсу и построения диаграмм растворимости.
Данные по растворимости в системе H2NC0NHCH20H-NaHC03-H20 представлены на рис. 3 и в табл. 2, из которых следует, что в изученной системе имеет место образование нового соединения состава H2NC0NHCH20H • №ИС03.
В интервале концентраций 16.3—18.4 мас. % МММ и 0-5.45 мас. % ШИС03 в системе кристаллизуется МММ. В концентрационном интервале 5.68-16.30 мас. % МММ и 5.45-13.44 мас. % №ИС03 из раствора в донную фазу выделяется соединение H2NC0NHCH20H • ШИС03, а в интервале концентраций 0-5.45 мас. % МММ и 10.40-13.28 мас. % №ИС03 кристаллизуется чистый бикарбонат натрия.
Таким образом, изотермическим методом растворимости подтверждены результаты визуально-политермического метода исследования и установлена область кристаллизации двойного соединения H2NC0NHCH20H • ШИС03.
Нами проведены исследования по влиянию МММ на всхожесть и энергию прорастания семян хлопчатника на модельных растворах бикарбоната натрия. На основании соотношения содержания ионов С1- и НСО- установлены следующие
концентрационные пределы засоления НСО-, мас. %: слабое - до 0.05; среднее - до 0.1; сильное засоление - до 0.2.
Всхожесть семян хлопчатника исследовали на песчаной культуре, содержащей вышеприведенные концентрации иона НСО-. Влажность песка 60%, температура 20-22°С, количество семян -50 (табл. 3). Для исследования использовали семена хлопчатника первой репродукции. Контрольные семена перед посевом обрабатывали дистиллированной водой, а опытные - раствором МММ (навеска МММ составляла 2% от массы семян). Семена хлопчатника, контрольные и обработанные МММ, заделывали в почву на глу-
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОНОМЕТИЛОЛМОЧЕВИНЫ С БИКАРБОНАТОМ НАТРИЯ 265
Таблица 2. Данные по растворимости в системе Н2МС0МНСН20Н—№НС03—Н20 при 20°С
№ Состав жидкой фазы, мас. % Состав твердого остатка, мас. % Твердая фаза
п/п МММ №НС03 МММ №НС03
1 18.40 - 87.20 - Н2МСО]ЧНСН2ОН
2 17.21 2.56 85.42 0.85 То же
3 16.40 5.21 91.58 1.12 »
4 16.30 5.22 54.24 28.41 Н21ЧСО]ЧНСН2ОН + + Н2МСОМНСН2ОН • №НС03
5 16.22 5.34 47.25 42.43 Н2МСО]ЧНСН2ОН • №НС03
6 11.88 6.26 46.18 42.14 То же
7 7.46 9.48 46.35 43.12 »
8 5.28 13.61 46.58 44.37 »
9 5.26 13.63 25.46 58.95 Н2МСО]ЧНСН2ОН • №НС03 + №НТО3
10 5.25 13.65 1.26 84.68 №НТО3
11 3.59 12.17 1.10 84.35 То же
12 - 10.41 - 83.94 »
Таблица 3. Влияние предпосевной обработки семян хлопчатника раствором МММ на всхожесть и энергию прорастания семян
Степень Варианты Всхожесть семян (шт в сутки) Энергия прорастания, %
засоления 6 8 12 6 8 12
Незасолен- Без МММ 25 33 47 50 66 94
ные С МММ 30 40 49 60 80 98
Слабозасо- Без МММ 20 30 41 40 60 82
ленные С МММ 26 34 45 52 68 90
Среднезасо- Без МММ 15 20 26 30 40 52
ленные С МММ 21 26 37 42 52 74
Сильнозасо- Без МММ 7 10 16 14
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.