CC BY
40
УДК 543.68
А. А. Яковлев, Е. С. Логинова, В. М. Никольский, Л. Н. Толкачева, Н. И. Лукьянова
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ ДИССОЦИАЦИИ ИМИНОДИЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ
И ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЯЖУЩИХ
Ключевые слова: комплектны, иминодиянтарная кислота, потенциометрическое титрование, концентрационные и термодинамические ступенчатые константы диссоциации, замедлители гидратации, известково-песчано-цементные
вяжущие, увеличение пластической прочности.
В связи с тем, что приоритетной задачей промышленности строительных материалов является экономия вяжущего и улучшение эксплуатационных характеристик, пристальное внимание было уделено результатам испытаний образцов ячеистого бетона, содержащих минимальную (половинную) долю цемента. Изучено влияние микродобавок иминодиянтарной кислоты на прочностные характеристики известково-песчано-цементных вяжущих различных рецептур. С помощью программы AUTOEQUIL рассчитаны концентрационные и термодинамические ступенчатые константы диссоциации иминодиянтарной кислоты.
Keywords: chelates, iminodisuccinic acid Potentiometrie titration, concentration and thermodynamic stepwise dissociation constants, hydration inhibitors, lime-sand-cement binder, increasing the strength of the plastic.
Due to the fact that the priority task of the materials industry is saving binder and improving performance, careful attention was paid to the results of tests of samples of cellular concrete, containing a minimum (half) the proportion of cement. The influence of micro iminodisuccinic acid on the strength characteristics of lime-sand-cement binding the various formulations. Concentration and thermodynamic stepwise dissociation constants of iminodisuccinic acid were calculated with the program AUTOEQUIL.
Введение
Большой интерес для изучения представляют комплексоны, содержащие в качестве кислотных заместителей при донорных атомах азота фрагменты янтарной кислоты. Простейшим представителем этого типа комплексонов, производных янтарной кислоты (КПЯК), является иминодиянтарная кислота (ИДЯК). Попадая в окружающую среду, они могут усваиваться и перерабатываться ею с образованием аминокислот, не накапливаясь и не загрязняя природу. На сегодня КПЯК изучены недостаточно для того, чтобы успешно заменить классические комплексоны, загрязняющие окружающую среду.
Экспериментальная часть
Ступенчатые константы диссоциации синтезированного комплексона ИДЯК были определены по результатам потенциометрического титрования по методике описанной ранее [1] при фиксированных значениях ионной силы. Расчет констант осуществляли с помощью программы АИТОЕрШЬ. За базисные частицы были приняты протон и дегидратированный лиганд. В основу расчетов положен принцип поиска минимума критериальной функции путем варьирования в каждой итерации подлежащих определению значений рк1 [2].
Результаты расчета термодинамических констант диссоциации ИДЯК представлены в табл. 1.
Уникальные свойства комплексонов образовывать прочные водорастворимые комплексы с ионами металлов, возможность модифицирования их молекулы с целью создания лигандов с заданными свойствами обусловили возможность применения комплексонов в самых различных областях науки.
Таблица 1 - Отрицательные логарифмы концентрационных и термодинамических ступенчатых констант кислотной диссоциации ИДЯК, 298К
pki 1=0 1=0.1 [3] 1=0.4 1=0.6 1=0.8
рк, 2.67 ± 2.66 ± 2.68 ± 2.68 ± 3.16 ±
0.19 0.09 0.07 0.20 0.20
рк? 3,74 ± 3.29 ± 3.09 ± 2.92 ± 2.89 ±
0.04 0.15 0.13 0.16 0.12
ркз 5.27 ± 4.71 ± 4.40 ± 4.48 ± 4.49 ±
0.07 0.07 0.20 0.07 0.10
рк4 11.5 ± 10.87 ± 10.25 ± 10.48 ± 11.42 ±
0.2 0.06 0.06 0.06 0.08
Простота технологии получения комплексонов, доступность и невысокая стоимость исходных реагентов для синтеза выгодно отличают подобный класс соединений от других. Основываясь на этих данных, а также на значении логарифма константы устойчивости для комплексов кальция [4] с выбранным комплексоном (4,42±0,07 при I = 0,1 (КМОз), Т = 298,15К) мы изучили влияние микродобавок иминодиянтарной кислоты на прочностные характеристики известково-песчано-цементных вяжущих (ИПЦВ) различных рецептур по методике описанной нами ранее для ИПЦВ [5] и гипса [6].
Результаты и их обсуждение
Для определения влияния комплексона ИДЯК на свойства ячеистого бетона осуществлялся контроль изменения пластической прочности массивов после заливки вплоть до резки в зависимости от изменения рецептуры ячеисто-бетонной смеси в присутствии комплексона и без
него. Прочностные характеристики ячеистого бетона после автоклавирования служили основными оценочными параметрами качества готового ячеистого бетона в зависимости от рецептуры (в том числе и от количества введенного комплексона). Выводы о влиянии ИДЯК на качество ячеистого бетона были сделаны путем сравнения данных (пластическая прочность, прочность бетона на сжатие), полученных для различных рецептур.
Сухой комплексон добавлялся в микроколичествах - из расчета 50 г/м3 бетона. Для выполнения эксперимента с варьированием 4 параметров составлено 16 рецептур. Для каждой рецептуры проводились пятикратные заливки ячеистого бетона.
Таблица 2 - Состав рецептур, использованных в эксперименте
улучшении эксплуатационных характеристик, пристальное внимание было уделено результатам испытаний образцов, содержащих минимальную (половинную) долю цемента. В практике цементных заводов и комбинатов строительных материалов композитные цементы, по свидетельству З.А. Камаловой с сотр. [7], еще не нашли широкого применения вследствие малой изученности влияния на свойства цементов нескольких одновременно вводимых добавок.
В двух случаях наблюдается увеличение прочности при замене 0,5 нормы цемента на добавку комплексона, в одном случае наблюдается снижение прочности в присутствии комплексона. Среднее увеличение прочности при замене цемента на замедлитель гидратации составляет 3,6 кг/см2.
Изучая динамику роста пластической прочности «сырца» после заливки в формы вплоть до резки этого массива (параметр характеризует время выдержки массива до резки, то есть позволяет контролировать производительное использование производственных площадей или регулировать скорость поточной линии) в зависимости от добавки комплексона и, сравнивая попарно с контрольными образцами, мы показали, что добавка комплексона существенно увеличивает пластическую прочность и скорость набора этой прочности.
Литература
1. Л.Н. Толкачева, В.М. Никольский, Вестник Казанского технологического университета,. 13, 1, 45-47 (2010).
2. S.N. Gridchin and V.M. Nikol'skii, Russian Journal of Phycal Chemistry A, 88, 4, 573-577 (2014). DOI: 10.1134/S0036024414040098.
3. В.М. Никольский, Е.Д. Малахаев, И.П. Горелов, Журнал общей химии, 48, 11, 2601-2604 (1978).
4. И.П. Горелов, В. М. Никольский, Журнал общей химии, 47, 7, 1606-1611 (1977).
5. И.П. Горелов, В.М. Никольский, С.С. Рясенский, М.В. Федорова, С.В. Шаров, Строительные материалы, 5, 28-30 (2004).
В. М. Никольский, Строительные материалы, 7, 62-64 (2004).
6. З.А. Камалова, Е.Ю. Ермилова, Р.З. Рахимов, О.В. Стоянов, Вестник Казанского технологического университета, 17, 13, 216-219 (2014).
№ рецептуры Средний показатель прочности при сжатии, Ясредн., кгс/см2 Водотвердое отношение Содержание цемента, доля Добавка комплексона
1 53,1 0,42 0,5 +
2 57,3 0,42 0,5 +
3 46,3 0,44 0,5 +
4 39,8 0,44 0,5 +
5 - 0,42 0,5 -
6 - 0,42 0,5 -
7 - 0,44 0,5 -
8 - 0,44 0,5 -
9 - 0,42 1 +
10 - 0,42 1 +
11 - 0,44 1 +
12 - 0,44 1 +
13 61,9 0,42 1 -
14 44,0 0,42 1 -
15 36,4 0,44 1 -
16 44,8 0,44 1 -
В связи с тем, что приоритетной задачей промышленности является экономия вяжущего, при
© А. А. Яковлев - асп. каф. неорганической и аналитической химии, Тверской государственный университет, alekseich_45@mail.ru; Е. С. Логинова - асп. каф. неорганической и аналитической химии, Тверской государственный университет, jeniatver@inbox.ru; В. М. Никольский - д-р хим. наук, проф. каф. неорганической и аналитической химии, Тверской государственный университет, p000797@mail.ru; Л. Н. Толкачева - канд. хим. наук, ст. преп. кафедры неорганической и аналитической химии, Тверской государственный университет, varlamova.l@mail.ru; Н. И. Лукьянова -асп. каф. неорганической и аналитической химии, Тверской государственный университет, small_light69@mail.ru.
© A. A. Yakovlev - graduate student of department of inorganic and analytical chemistry, Tver state university, alekseich_45@mail.ru; E. S. Loginova - graduate student of department of inorganic and analytical chemistry, Tver state university, jeniatver@inbox.ru; V. M. Nikolsky - Doctor of Chemistry, professor of department of inorganic and analytical chemistry, Tver state university, p000797@mail.ru; L. N. Tolkachyova - Candidate of Chemistry, senior teacher of department of inorganic and analytical chemistry, Tver state university, varlamova.l@mail.ru; N. I. Lukyanova - graduate student of department of inorganic and analytical chemistry, Tver state university, small_light69@mail.ru.
