CC BY
43
Research of acid strength of the fine-dispersed calcite-containing stone systems for the purpose of their hydrophobization
Khalilova Maira Hidayat kizi, researcher, Akhmedov Mubariz Medjid oglu, correspondent member.
ANAS, Doctor of Technical Sciences, Professor. Azerbaijan National Academy of Sciences, Institute of Catalysis and Inorganic Chemistry named after acad. M. F. Nagiyev
E-mail: [email protected]
Research of acid strength of the fine-dispersed calcite-containing stone systems for the purpose of their hydrophobization
Abstract: In this paper, by a tracer method we prove that on the surface of hydrophilic kaltsitosoderzhaschih raw materials exist a large number of active sites, which can be a chemical adsorption of water repellents both acidic and basic character. Moreover, the data show that the surface of the particles of chalk and limestone than on the surface of marble, what to consider when they are hydrophobic.
Keywords: hydrophobic, calcite, limestone, chalk, marble, stearic acid, the indicator method, the active centers.
Халилова Маира Идаят кызы, Институт Катализа и Неорганической Химии им. М. Ф. Нагиева Национальной АН Азербайджана, научный сотрудник, Ахмедов Мубариз меджид оглы, Институт Катализа и Неорганической Химии им. М. Ф. Нагиева Национальной АН Азербайджана, член-корр. НАНА, доктор технических наук, профессор.
E-mail: [email protected]
Исследование силы кислотности кальцитосодержащих тонкодисперсных систем с целью их гидрофобизации
Аннотация: В настоящей работе с помощью индикаторного метода установлено, что на поверхности частиц гидрофильных кальцитосодержащих сырьевых материалов существуют большого числа активных центров, на которых может происходит химическая адсорбция гидрофобизаторов как кислотного, так и основного характера. Причем полученные данные показывают, что их на поверхности частиц мела и известняка больше, чем на поверхности частиц мрамора, что необходимо учитывать при их гидрофобизации.
Ключевые слова: Гидрофобизация, кальцит, известняк, мел, мрамор, стеариновая кислота, индикаторный метод, активные центры
Известно [1], что гидрофобизация порошкообразных материалов, в частности тонкодисперсного мела, известняка и мрамора, происходит путем закрепления на поверхности частиц тонкого слоя гидрофобизато-ра, причем последний должен прочно удерживаться на этот поверхности в период хранения и применения в различных отраслях промышленности. Опыт показывает, что для создания прочной связи между гидро-фобизаторами и поверхностью частиц целесообразно использовать явления химической адсорбции т. е. образование химической связи между поверхностью частиц и молекулами гидрофобизатора.
Известно, что для осуществления химической адсорбции необходимы 2 условия: 1) поверхность тонкодисперсных систем должна обладать активными центрами. 2) молекулы гидрофобизатора должны
иметь полярную группу, способную к химическому взаимодействию с поверхностью частиц.
Понятно, что свободные валентности у частиц кальцитосодержащего сырья, представляющих собой 90-99% карбоната кальция, в водной среде могут образовываться как благодаря гидролизу ионов, так и благодаря адсорбции из растворов различных ионов и комплексов, таких как HCO], CO] Ca2+, CaHCO].
Исследования показали, что в водных суспензиях, содержащих частички CaCO 3, могут происходит следующие реакции:
Ca2+ + HCO- ^ CaHCO+; pK=-0,87
CaHCO3+ ^ CaCO3aq + H+ ; pK=-7,99
Ca2+ + OH ^ CaOH +; pK=-1,3
CaOH + + OH- ^ Ca(OH)2 aq; pK=-1,3
189
Section 14. Chemistry
Из-за небольшой растворимости СаСО3 в воде, на поверхности частиц образуются участки, из которых диссоциировали в воду ионы CO\ или Са2+. Эти участки представляют собой впадины и выступы с различными зарядами. Между ионами, оставшимися на поверхности, и молекулой воды могут протекать следующие реакции:
-CO- + H2O ^ -CO3H + OH -
-Ca + + H2O ^ -CaOH + H+
С увеличением рН раствора равновесие первой реакции сдвигается влево, что приводит к увеличению числа отрицательных зарядов, с уменьшением рН равновесие второй реакции сдвигается также влево, но увеличивается число положительных зарядов. Эквипотенциальная точка соответствует значению рН от 5 до 6. Поэтому в нейтральных системах на поверхности частиц СаСО3 больше отрицательных, чем положительных зарядов. Наличие большого числа зарядов на поверхности частиц СаСО3 обеспечивает реакционную способность этот поверхности с химически активными гидрофобизаторами.
В то же время известно [2], что кальцитосодержащие породы имеют резко отличающиеся генетические и структурные особенности, которые оказывает существенное влияние на энергетическое состояние поверхности частиц, и следовательно, на их реакционную способность.
На основе всех этих теоретических предпосылок можно сделать вывод, о том, что число активных центров на поверхности кальцитосодержащих пород могут быть разными.
В данной работе наличие активных центров на поверхности и их количество оценивалось методом определения силы кислотности, которая характеризуется способностью твердого тела превышать адсорбированный электрически нейтральный кислотный индикатор АН в его сопряженную кислотную форму по реакции
AH + B ^ AB + H +,
где B — твердое основание, AB - сопряженная кислота.
Силу основности оценивали индикаторным методом. Для определения ее использовали различные индикаторы (таблица 1).
Для исследования были использованы образцы пород, полученных измельчением в агатовой ступке до прохождения через сито № 0045 (45 мкм). В первом опыте на поверхности порошков мела капали раствором данного индикатора в четыреххлористом углероде. При этом индикаторы тимоловый синий 1-й (рК=1,51), метилоранж (рК=3,7), тимоловый синий 2-й (рК=9,2) цвета не изменили. Индикаторы метиловый красный (рК=5,1) и бромтимоловый синий (рК=7,2) через несколько минут меняли окраску соответственно из красной в желтую и из желтой в синюю. Следовательно, сила основности поверхности мела находится в интервале рН=5-7. Силы основности других карбонатсодержащих пород, установленные тем же способом находятся в том же интервале, что и мел.
Таблица 1. - Индикаторы, использованные для определения силы основности
Индикатор Интервал перехода, рН Среднее значение, рН Окраска рК
в кислой среде в щелочной среде
Тимоловый синий 1-й 1,2-2,8 2 красный желтый 1,51
Метилоранж 3,1-4,4 4 « » « » 3,7
Метиловый красный 4,4-6,2 5 <( » <( » 5,1
Бромтимолвый синий 6-7,6 7 желтый синий 7,2
Тимоловый синий 2-й 8-9.6 8 « » « )) 9,2
Для более точного определения силы основности использовали универсальный индикатор, полученный путем растворение в 1000 мл 50%-ной водно-спиртовой смеси следующих компонентов, мг:70 тропе-
олина, 100 метилового оранжевого, 80 метилового красного, 400 бромтимолового синего, 500 фенолфталеина и 100 ализаринового желтого [3]. Интервалы перехода рН указаны в табл. 2.
190
Research of acid strength of the fine-dispersed calcite-containing stone systems for the purpose of their hydrophobization
Таблица 2. - Интервалы перехода рН универсального индикатора
рН Окраска
4,0 Оранжевая
5,0 Желто-оранжевая
6,0 Оранжевая-желтая
6,5 Желтая
7,0 Зелено-желтая
8,0 Зеленая
9,0 Зелено-голубая
На поверхность гидрофильных образцов наносили капли данного индикатора, и фиксировали окраски, приобретенные пробами. Результаты приведены в табл. 3.
Далее была определена сила кислотности по уравнению [3]:
Ho = pKa + lg Cj-B / CAH
или приближенно Ho=pKa.
Приняв значения рКа для метилового красного в случае мела и известняка получен Но=5,1 и Ка=7,943. 10-6, значение рКа бромтимолового синего для мрамора и мроморовидного известняка Но=7,2 и Ка=1,02 10-7
Таблица 3. Окраска универсального индикатора после нанесения на образцы
Кальцитсодержащие породы Окраска рН
Мел Желто-оранжевая 5,0
Известняк Оранжевая-желтая 6,0
Мраморизованый известняк Желтая 6,5
Мрамор Зелено-желтая 7,0
Таким образом, полученные данные свидетельствует о том, что на поверхности частиц гидрофильных кальцитосодержащих сырьевых материалов существуют большого числа активных центров, на которых может происходит химическая адсорбция
гидрофобизаторов как кислотного, так и основного характера. Причем, полученные данные показывают, что их на поверхности частиц мела и известняка больше, чем на поверхности частиц мрамора, что необходимо учитывать при их гидрофобизации.
Список литература:
1. Паук К. Ф., Евтушенко И. С. Химия и технология мела. М.: Стройиздат, 1977. 138 с.
2. Фейрбридж Р. В. Карбонаты породы. М.: Мир, 1970. 396 с.
3. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1979. 480 с.
4. Танабе К. Твердые кислоты и основания. М.: Мир, 1973. 135 с.
191
