Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ СРЕДЫ НА ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ СУЛЬФАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДНО-СПИРТОВЫХ РАСТВОРАХ'

ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ СРЕДЫ НА ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ СУЛЬФАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДНО-СПИРТОВЫХ РАСТВОРАХ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
148
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СУЛЬФАТЫ ЛИТИЯ / НАТРИЯ И КАЛИЯ / ВОДНО-ЭТАНОЛЬНЫЕ И ВОДНО-ИЗОПРОПАНОЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ / ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Борисов И. М., Ведерникова Т. Г., Кондратьева Е. С.

Разбавление этанолом или изопропанолом насыщенных водных растворов сульфатов лития, натрия и калия снижает диэлектрическую проницаемость среды и вследствие этого понижается растворимость солей. Проведен расчет произведения растворимости сульфатов щелочных металлов в водно-спиртовых растворах. Показано, что при содержании этанола в растворе от 50 до 90% объемных произведение растворимости солей понижается в диапазоне от 3,8.10-5 до 6,3.10-9. Добавки изопропанола от 40 до 90% объемных понижают произведение растворимости солей в диапазоне от 1,6.10-5 до 4,9.10-9.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Борисов И. М., Ведерникова Т. Г., Кондратьева Е. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INFLUENCE OF THE POLARITY OF THE ENVIRONMENT ON THE SOLUBILITY PRODUCT OF SULFATES OF ALKALI METALS IN WATER-ALCOHOLIC SOLUTIONS

Dilution of saturated aqueous solutions of lithium, sodium and potassium sulfates with distilled water remain homogeneous, and dilution with ethanol or isopropanol leads to the formation of salt precipitates. Such a fundamental difference of the effect of water and alcohol indicates a radical change in the physicochemical properties of aqueous-alcoholic solutions in comparison with the original aqueous solution. It is shown that dilution with ethanol or isopropanol of saturated aqueous solutions of lithium, sodium and potassium sulfates decreases the dielectric constant of the environment. It also changes the ionic strength of aqueous-alcoholic solutions. The coefficients of activity of alkali metal sulfate ions are calculated using the Debye-Gückel equation. The combined effect of the reduced dielectric constant due to the addition of less polar alcohols compared to water, the ionic strength of solutions and modified ion activities reduces the thermodynamic product of the solubility of lithium, sodium and potassium sulfates in water-ethanol and water-isopropanol solutions. A decrease of the product of solubility of salts leads to precipitation when diluting aqueous solutions of these salts with alcohols. If we add alcohols up to 90% by volume in aqueous solutions, the solubility of the salts decreases by 270-1280 times. Such a significant decrease in solubility is also explained by a change in the structure of the solvation shell of ions in aqueous-alcoholic solutions as a result of competition between hydrogen bonds in the systems water-water, water-ion, and water-dissolved organic matter. The calculation of the product of solubility of alkali metal sulfates in water-alcohol solutions was carried out. It is shown that when the ethanol content in the solution is 50-90% by volume, the salt solubility product decreases in the range from 3.8∙10-5 to 6.3∙10-9. Isopropanol additions in amount of 40-90% by volume reduce the product of salt solubility in the range from 1.6∙10-5 to 4.9∙10-9. Based on the values of the product solubility calculated for products of lithium, sodium and potassium sulfates in water-ethanol and water-isopropanol solutions, a conclusion can be made that salts in water-alcohol solutions become weak electrolytes with a high content of ethanol or isopropanol.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ СРЕДЫ НА ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ СУЛЬФАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДНО-СПИРТОВЫХ РАСТВОРАХ»

УДК 544.6.018.44

DOI: 10.33184/bulletin-b su-2021.4.8

ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ СРЕДЫ НА ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ СУЛЬФАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДНО-СПИРТОВЫХ РАСТВОРАХ

© И. М. Борисов*, Т. Г. Ведерникова, Е. С. Кондратьева

Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы

Россия, Республика Башкортостан, 450008 г. Уфа, ул. Октябрьской революции, 3а.

Тел.: +7 (347) 246 63 92.

*ЕтаИ: [email protected]

Разбавление этанолом или изопропанолом насыщенных водных растворов сульфатов лития, натрия и калия снижает диэлектрическую проницаемость среды и вследствие этого понижается растворимость солей. Проведен расчет произведения растворимости сульфатов щелочных металлов в водно-спиртовых растворах. Показано, что при содержании этанола в растворе от 50 до 90% объемных произведение растворимости солей понижается в диапазоне от 3,810-5 до 6,3' 10-9. Добавки изопропанола от 40 до 90% объемных понижают произведение растворимости солей в диапазоне от 1,610-5 до 4,910-9.

Ключевые слова: сульфаты лития, натрия и калия, водно-этанольные и водно-изопро-панольные растворы, произведение растворимости.

Введение

Ранее в работах [1-2] показано, что добавки этанола или изопропанола к насыщенным водным растворам сульфатов лития, натрия и калия понижают растворимость исследуемых солей в 270-1280 раз. Высказано предположение, что наблюдаемый эффект снижения растворимости солей связан с понижением полярности среды при увеличении доли спирта в растворе до 90% объемных. Рассмотрение структуры растворов - проблема сложная, поэтому мы затронем только частные вопросы, связанные с влиянием полярности среды на произведение растворимости солей. В настоящей работе проведена оценка произведения растворимости сульфатов щелочных металлов в водно-этанольных и водно-изопропанольных растворах в зависимости от содержания спирта.

Методика эксперимента

Представленные в [1-2] экспериментальные данные по растворимости сульфатов лития, натрия и калия в водно-органических растворах получены разбавлением насыщенных водных растворов солей добавками этанола или изопропанола до 90% объемных при температуре 298 К. Концентрации солей определяли по стандартной методике [3] путем титрования раствором хлорида бария в присутствии индикатора нитхромазо.

Обсуждение результатов

При разбавлении водных растворов Ы2Б04, №^04 и К^04 добавками спиртов выпадают осадки, и снижается растворимость солей [1-2]. При разбавлении насыщенных растворов сульфатов щелочных металлов дистиллированной водой осадки не образуются. Такое принципиальное различие о влиянии воды и спирта свидетельствует о кардинальном изменении физико-химических свойств водно-спиртовых растворов по сравнению с исход-

ным водным раствором, что наблюдалось и в других подобных системах [4-15].

Понижение растворимости Ы2Б04, №^04 и К^04 при добавлении этанола или изопропанола к насыщенным водным растворам [1-2] однозначно указывает на снижение термодинамического произведения растворимости (ПР) солей в водно-спиртовых растворах:

a(SO42-);

nP(Na 2SO4) = a2(Na+) a(SO42-);

nP(Li2SO4) = «(Li)

ПР(^04) = а2(К +) а^042-). (1)

Активности ионов зависят от коэффициентов активности и концентраций:

а(Ы+) = у(Ы+) ■ [Ы+]; а(№+) = у(№+) ■ [№+];

а(К+) = у(К+) ■ [К+]. (2)

Как показано в [1-2], добавление спирта в систему приводит к резкому снижению концентрации ионов в водно-спиртовых растворах. По нашему мнению, добавки спирта к водным растворам солей должны также влиять на коэффициенты активности ионов из-за следующих факторов:

- изменение строения сольватной оболочки ионов (по-видимому, существует некоторая конкуренция между водородными связями в системах вода-вода, вода-ион и вода-растворенное органическое вещество [16]);

- понижение полярности среды при добавлении менее полярного спирта к водным растворам;

- изменение ионной силы водно-спиртовых растворов.

Принято считать, что взаимодействия катион-вода существенно интенсивнее, чем взаимодействия типа катион-спирт, т.е. в первой сфере сольват-ной оболочки катионов щелочных металлов в водно-спиртовых растворах доминируют молекулы воды. Добавление этанола или изопропанола в водный раствор соли приводит к замещению молекул воды во второй сфере на молекулы спирта. Следует ожидать, что полярность водно-спиртовой сольват-

ной оболочки играет важную роль. Водно-этанольная сольватная оболочка способствует снижению растворимости сульфатов лития, натрия и калия примерно в одинаковой степени (в 270-280 раз) при добавлении этанола до 90% объемных. В случае водно-изопропанольной сольватной оболочки катионов щелочных металлов снижение растворимости П2804, №2804 и К2804 происходит в разной степени: в 1280 раз для П2804, в 548 раз для №2804 и в 278 раз для К2804. Эти данные позволяют предположить, что менее полярный изопропанол (е = 18.30) по сравнению с этанолом (е = 24.30) сильнее понижает полярность сольватной оболочки и поэтому в большей степени оказывает влияние на растворимость исследуемых сульфатов щелочных металлов. При пересольватации ионов за счет добавок спиртов относительно прочные связи катион металла-вода замещаются на менее прочные связи катион металла-спирт. Следует отметить, что строение сольватной оболочки также зависит от природы катиона, точнее, от соотношения заряда и радиуса катиона. Наиболее сильное влияние испытывает катион Ы+, имеющий наименьший радиус при одинаковом заряде с остальными катионами. Очевидно, в ряду Ы+<№<К+ в водно-изопропа-нольных растворах наибольший эффект от пересольватации испытывает катион лития и в меньшей степени катион калия, что и является одной из причин разной степени понижения растворимости Ы2804, №2804 и К2804.

Вполне естественно, что на значение коэффициента активности ионов влияет не только строение сольватной оболочки, но и диэлектрическая проницаемость и ионная сила водно-спиртовых растворов сульфатов щелочных металлов согласно уравнению Дебая-Гюккеля для расчета коэффициента активности индивидуального иона [17]

¡Я у1 = ■ Ь ■ 11/2 = ■ 11/2 ■ 1,825 106/ (еТ)3/2, (3)

Растворимость 8 сульфатов лития, водно-спиртовых

где ^ - заряд иона; I = 0,5Ее1 ^ - ионная сила раствора, учитывающая молярные концентрации и заряды ионов; е - диэлектрическая проницаемость среды; Т - температура.

Уравнение (3) применимо для разбавленных растворов, и поэтому в расчетах рассматривались водно-спиртовые растворы с малым содержанием солей (табл. 1).

Диэлектрическая проницаемость смесей воды и спирта изучалась в различных аспектах [18-23]. По литературным данным, диэлектрическая проницаемость водно-метанольных [24] и водно-этанольных [25] смесей линейно снижается с ростом мольной или объемной доли менее полярного спирта по сравнению с водой (е = 78.53). Этот факт дает основание использовать аддитивную схему для расчета диэлектрической проницаемости среды в водно-этанольных и водно-изопропанольных растворах сульфатов щелочных металлов по следующим формулам:

е(Н2О+С2Н5ОН) = е(Н2О) -х(Н2О) + е(С2Н5ОН) . х(С2Н5ОН) (4)

е(Н2О+1-С3Н7ОН) = е(Н2О) . х(^О) + е(1-СзН7ОН) . х(1-СзН7ОН), (5) где е(Н2О+С2Н5ОН) - диэлектрическая проницаемость среды в водно-этанольных растворах; е(Н2О+1-С3Н7ОН) - диэлектрическая проницаемость среды в водно-изопропанольных растворах; е - диэлектрическая проницаемость воды и спирта; х, - мольные доли исходной воды, этанола или изо-пропанола.

По формулам (4) и (5) рассчитаны диэлектрические проницаемости среды в исследуемых растворах солей (табл. 2).

Таблица 1

натрия и калия [1-2] и ионная сила I растворов. Т = 298 К

Вода:спирт, % Ы2804 №2804 К2804

объемные 8, моль/л | I 8, моль/л | I 8, моль/л | I

соль + вода + этанол

50:50 0.022 0.066

40:60 0.038 0.114 0.015 0.045

30:70 0.089 0.267 0.016 0.048 0.009 0.027

20:80 0.031 0.093 0.008 0.024 0.005 0.015

10:90 0.007 0.021 0.005 0.015 0.002 0.006

соль + вода + изопропанол

60:40 0.029 0.087 0.050 0.150 0.043 0.129

50:50 0.014 0.042 0.034 0.102 0.023 0.069

40:60 0.011 0.033 0.018 0.054 0.013 0.039

30:70 0.009 0.027 0.007 0.021 0.007 0.021

20:80 0.007 0.021 0.004 0.012 0.003 0.009

10:90 0.001 0.003 0.002 0.006 0.002 0.006

Таблица 2

Диэлектрические проницаемости среды в водно-спиртовых растворах сульфатов щелочных металлов. Т = 298 К

Вода:спирт, % объемные 60:40 50:50 40:60 30:70 20:80 10:90

е(Н2О+С2Н5ОН) 65.5 61.2 55.8 48.7 38.0

е(Н2О+1-СзНуОН) 70.1 67.1 62.9 56.8 49.0 35.6

Таблица 3

Коэффициенты активности ионов. Т = 298 К

Вода:спирт, % Li2SÜ4 Na2SÜ4 K2SO4

объемные Y(Li+) 1 Y(SÜ42-) Y(Na+) 1 Y(SÜ42-) Y(K+) 1 Y(SÜ42-)

соль + вода + этанол

50:50 0.67 0.20

40:60 0.56 0.10 0.70 0.24

30:70 0.36 0.02 0.65 0.18 0.73 0.29

20:80 0.49 0.06 0.71 0.26 0.75 0.32

10:90 0.62 0.15 0.67 0.20 0.76 0.34

соль + вода + изопропанол

60:40 0.67 0.20 0.58 0.11 0.61 0.13

50:50 0.74 0.30 0.62 0.15 0.68 0.21

40:60 0.74 0.31 0.68 0.22 0.72 0.27

30:70 0.74 0.30 0.76 0.34 0.76 0.34

20:80 0.72 0.26 0.77 0.35 0.81 0.42

10:90 0.82 0.46 0.73 0.29 0.73 0.29

Таблица 4

Произведения растворимости сульфатов лития, натрия и калия в водно-этанольных и водно-изопропанольных растворах. Т = 298 К

Вода:спирт, % объемные Li2SÜ4 | Na2SÜ4 | K2SÜ4

соль + вода + этанол

50:50 3.810-5

40:60 6.5.10-6 1.6.10-6

30:70 6.210-6 5.010-6 4.410-7

20:80 1.610-6 2.710-7 9.010-8

10:90 8.010-8 4.510-8 6.310-9

соль + вода + изопропанол

60:40 8.810-6 1.910-5 1.610-5

50:50 1.810-6 9.110-6 4.810-6

40:60 9.110-7 2.410-6 4.010-7

30:70 4.810-7 2.810-7 2.810-7

20:80 3.710-7 5.310-8 3.010-8

10:90 1.310-9 5.010-9 4.9.10-9

Учитывая низкую концентрацию сульфатов щелочных металлов, сделано предположение, что соли играют второстепенную роль и практически не оказывают влияния на диэлектрическую проницаемость среды в водно-спиртовых растворах.

С использованием данных табл. 1-2 по формуле (3) проведен расчет коэффициентов активности ионов в водно-спиртовых растворах сульфатов лития, натрия и калия (табл. 3).

По данным о растворимости солей (табл. 1) рассчитаны концентрации ионов Ы+, К+ и 8042-с учетом уравнений электролитической диссоциации, а затем, используя значения коэффициентов активности (табл. 3), вычислены активности данных ионов. На основе полученных значений активностей ионов рассчитаны произведения раствори-

мости сульфатов лития, натрия и калия в водно -спиртовых растворах (табл. 4).

Совместный анализ данных табл. 2 и 4 показывает, что снижение диэлектрической проницаемости среды при увеличении доли спирта сопровождается понижением произведения растворимости сульфатов лития, натрия и калия в водно -спиртовых растворах. Поэтому при разбавлении насыщенных водных растворов сульфатов щелочных металлов добавками этанола или изопропанола происходит выпадение осадков солей. Данные табл. 4 также подтверждают заключение статей [1-2] о том, что при повышенном содержании спирта в растворе сульфаты лития, натрия и калия становятся слабыми электролитами, для которых характерны низкие значения произведения растворимости.

Заключение

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

При введении этанола или изопропанола в насыщенный водный раствор сульфатов лития, натрия и калия происходит изменение структуры сольватной оболочки, понижаются диэлектрическая проницаемость среды и ионная сила раствора. Вследствие этого снижается активность катионов щелочных металлов и сульфат-аниона. Изменение свойств водно-спиртовых растворов электролитов отражает различие в растворимости солей в зависимости от содержания спирта. Поэтому при высоком содержании спирта в растворе понижается произведение растворимости сульфатов щелочных металлов, которое экспериментально проявляется в выпадении осадка при разбавлении насыщенных водных растворов Li2SO4, Na2SO4 и K2SO4 добавками этанола или изопропанола. При высоком содержании спирта в растворе сульфаты лития, натрия и калия становятся слабыми электролитами, на что указывают значения произведений растворимости.

Выводы

Снижение диэлектрической проницаемости водно-этанольных и водно-изопропанольных растворов сульфатов лития, натрия и калия с ростом объемной доли спирта приводит к понижению произведений растворимости солей.

Проведен расчет значений произведений растворимости. Показано, что при содержании спирта от 40 до 90% объемных произведение растворимости сульфатов щелочных металлов понижается в диапазоне от 1.610-5 до 4.910-9.

ЛИТЕРАТУРА

1. Борисов И. М., Набиев А. А. Константы электролитической диссоциации сульфатов лития, натрия и калия в вод-но-этанольных растворах // Известия вузов. Химия и хим. технология. 2020. Т. 63. Вып. 2. С. 26-31.

2. Борисов И. М., Набиев А. А. Константы электролитической диссоциации сульфатов лития, натрия и калия в вод-но-изопропанольных растворах // Известия вузов. Химия и хим. технология. 2020. Т. 63. Вып. 3. С. 16-22.

3. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Вода питьевая: методы определения содержания сульфатов. Межгосударственный стандарт ГОСТ 31940-2012.

4. Мустафин Д. И. Проблемы растворимости сульфатов щелочных металлов в неводных и смешанных растворителях: дис. ... д-ра хим. наук. М., 2003. 381 с.

5. Куделин Д. П. Растворимость сульфатов щелочных металлов в 1,2-диметоксиэтане и его смесях с водой: автореф. дис. ... канд. хим. наук. М., 1996. 16 с.

6. Горбунов А. О. Равновесие раствор - твердая фаза в тройных водно-органических системах, содержащих соли переходных металлов: дис. .канд. хим. наук. СПб, 2017. 145 с.

7. Zhao X., Ren X., Sun C., Zhang X., Si Yu., Yan C., Xu J., Xue D.. Morphology Evolution at Nano- to Micro-Scale// Func.Mat.Lett. 2008. Vol. 1, 3. Pp. 167-172.

8. Крестов Г. А., Новоселов Н. П., Перелыгин И. С., Колкер А. М., Сафонова Л. П., Овчинникова В. Д., Тростин В. Н. Ионная сольватация (проблемы химии растворов). М.: Наука, 1987. 320 с.

9. Martins J. P., Carolina de Paula Carvalho, Luis Hendrique Mendes da Silva, Jane Selia dos Reis Coibra, Maria do Carmo Hespanhol da Silva, Guilherme Dias Rodriges, Luis Antonio Minim. Liquid-liquid equilibria of an aqueous two-phase system containig poly(ethylene)glycol 1500 and sulfate salts at diffirent temperatures // J. Chem. Eng. Data. 2008. Vol. 53. №1. P. 239.

10. Петрухина В. А., Курналева Т. А., Кольцов Н. И. Сильные электролиты // Бутлеровские сообщения. 2016. Т. 45. №»1. С. 107-109.

11. Петрухина В. А., Андреева Е. В., Кольцов Н. И. Нитраты // Бутлеровские сообщения. 2017. Т. 49. №»1. С. 104-107.

12. Петрухина В. А., Андреева Е. В., Кольцов Н. И. Ацетаты и фосфаты // Бутлеровские сообщения. 2018. Т. 53. .№2. С. 140-144.

13. Петрухина В. А., Кириллова Т. А., Царева Л. Ю., Андреева Е. В., Кольцов Н. И. Исследование электропроводности спиртовых растворов солей // Бутлеровские сообщения. 2019. Т. 57. №3. С. 154-157.

14. Петрухина В. А., Коннова К. А., Якимова М. В., Кольцов Н. И. Исследование влияния температуры на электропроводность растворов неорганических солей в этаноле // Бутлеровские сообщения. 2020. Т. 61. №»1. С. 76-80.

15. Петрухина В. А., Федоров П. И., Коннова К. А., Якимова М. В., Кольцов Н. И. Исследование влияния температуры на электропроводность спиртовых растворов алкоголятов натрия и калия // Бутлеровские сообщения. 2020. Т. 61. №1. С. 81-85.

16. Вода в полимерах/Пер. с англ.; под ред. С. Роуленда. М.: Мир, 1984. 555 с.

17. Дамаскин Б. Б., Петрий О. А., Цирлина Г. А. Электрохимия. М.: Химия, Колос С, 2006. 672 с.

18. Сусляев С. А., Кочеткова Т. Д. Микроволновые спектры диэлектрической проницаемости водных смесей этилового спирта в области диэлектрической релаксации для температур 220-320 К // Известия вузов. Физика. 2003. №9. С. 72-75.

19. Bertolini D., Cassttari M., Salvetti G. J. The dielectric properties of alcoholes-water solution.1. The alcohol rich region // Chem. Phys. 1983.Vol. 78. №10. Pp.365-372.

20. Satoru Mashimo, Shinichi Kuwabara. Dielectric relaxation of mixtures of water and primary alcohol // J. Chem. Phys. 1989. Vol. 90. №6. Pp. 3292-3294.

21. Kaatze U., Schafer M., Pottel R. The complex dielectric spectrum of aqueous methanol and izopropanol solution // Z. Phys. Chem. 1989. Vol. 165. Pp. 3292-3294.

22. Фиалков Ю. Я. Не только в воде (вопросы современной химии). Л.: Химия, 1989. 88 с.

23. Борисов И. М., Набиев А. А., Корнилов В. М., Солиев Л., Ведерникова Т. Г. О влиянии спирта на размеры частиц осадков, выпадающих из водно-этанольных растворов сульфатов щелочных металлов // Вестник Башкирского университета. 2020. Т. 25. №1. С. 58-63.

24. Равдель А. А., Пономарева А. М. Краткий справочник физико-химических величин. СПб: Иван Федоров. 2003. 240 с.

25. Сергеев С. А., Михайлов А. И., Короневский Н. В., Сергеев Р. С., Зыков К. А., Сергеева Б. В. Определение диэлектрической проницаемости водных растворов этилового спирта // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2018. Т. 1.С. 515-519.

Поступила в редакцию 21.04.2021 г.

ISSN 1998-4812

BecTHHK EamKHpcKoro yHHBepcHTeTa. 2021. T. 26. №4

907

DOI: 10.33184/bulletin-b su-2021.4.8

INFLUENCE OF THE POLARITY OF THE ENVIRONMENT ON THE SOLUBILITY PRODUCT OF SULFATES OF ALKALI METALS IN WATER-ALCOHOLIC SOLUTIONS

© I. M. Borisov*, T. G. Vedernikova, E. S. Kondratieva

Bashkir State Pedagogical University n. a. M. Akmulla 3a Oktyabrskoi Revolutsii Street, 450008 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.

Phone: +7 (347) 246 63 92.

*Email: [email protected]

Dilution of saturated aqueous solutions of lithium, sodium and potassium sulfates with distilled water remain homogeneous, and dilution with ethanol or isopropanol leads to the formation of salt precipitates. Such a fundamental difference of the effect of water and alcohol indicates a radical change in the physicochemical properties of aqueous-alcoholic solutions in comparison with the original aqueous solution. It is shown that dilution with eth-anol or isopropanol of saturated aqueous solutions of lithium, sodium and potassium sulfates decreases the dielectric constant of the environment. It also changes the ionic strength of aqueous-alcoholic solutions. The coefficients of activity of alkali metal sulfate ions are calculated using the Debye-Guckel equation. The combined effect of the reduced dielectric constant due to the addition of less polar alcohols compared to water, the ionic strength of solutions and modified ion activities reduces the thermodynamic product of the solubility of lithium, sodium and potassium sulfates in water-ethanol and water-isopropanol solutions. A decrease of the product of solubility of salts leads to precipitation when diluting aqueous solutions of these salts with alcohols. If we add alcohols up to 90% by volume in aqueous solutions, the solubility of the salts decreases by 270-1280 times. Such a significant decrease in solubility is also explained by a change in the structure of the solvation shell of ions in aqueous-alcoholic solutions as a result of competition between hydrogen bonds in the systems water-water, water-ion, and water-dissolved organic matter. The calculation of the product of solubility of alkali metal sulfates in water-alcohol solutions was carried out. It is shown that when the ethanol content in the solution is 50-90% by volume, the salt solubility product decreases in the range from 3.8-10-5 to 6.3-10-9. Isopropanol additions in amount of 40-90% by volume reduce the product of salt solubility in the range from 1.6-10-5 to 4.9-10-9. Based on the values of the product solubility calculated for products of lithium, sodium and potassium sulfates in water-ethanol and water-isopropanol solutions, a conclusion can be made that salts in water-alcohol solutions become weak electrolytes with a high content of ethanol or isopropanol.

Keywords: lithium sulfates, sodium sulfates, potassium sulfates, water-ethanol solutions, water-isopropanol solutions, solubility product.

Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.

REFERENCES

1. Borisov I. M., Nabiev A. A. Izvestiya vuzov. Khimiya i khim. tekhnologiya. 2020. Vol. 63. No. 2. Pp. 26-31.

2. Borisov I. M., Nabiev A. A. Izvestiya vuzov. Khimiya i khim. tekhnologiya. 2020. Vol. 63. No. 3. Pp. 16-22.

3. Mezhgosudarstvennyi sovet po standartizatsii, metrologii i sertifikatsii. Voda pit'evaya: metody opredeleniya soderzhaniya sul'fatov. Mezhgosudarstvennyi standart GOST 31940-2012.

4. Mustafin D. I. Problemy rastvorimosti sul'fatov shchelochnykh metallov v nevodnykh i smeshannykh rastvoritelyakh: dis. ... d-ra khim. nauk. Moscow, 2003.

5. Kudelin D. P. Rastvorimost' sul'fatov shchelochnykh metallov v 1,2-dimetoksietane i ego smesyakh s vodoi: avtoref. dis. ... kand. khim. nauk. Moscow, 1996.

6. Gorbunov A. O. Ravnovesie rastvor - tverdaya faza v troinykh vodno-organicheskikh sistemakh, soderzhashchikh soli perekhodnykh metallov: dis. .kand. khim. nauk. Saint Petersburg, 2017.

7. Zhao X., Ren X., Sun C., Zhang X., Si Yu., Yan C., Xu J., Xue D.. Morphology Evolution at Nano- to Micro-Scale// Func.Mat.Lett. 2008. Vol. 1, 3. Pp. 167-172.

8. Krestov G. A., Novoselov N. P., Perelygin I. S., Kölker A. M., Safonova L. P., Ovchinnikova V. D., Trostin V. N. Ionnaya sol'vatatsiya (problemy khimii rastvorov) [Ionic solvation (problems of solution chemistry)]. Moscow: Nauka, 1987.

9. Martins J. P. J. Chem. Eng. Data. 2008. Vol. 53. No. 1. Pp. 239.

10. Petrukhina V. A., Kurnaleva T. A., Kol'tsov N. I. Butlerovskie soobshcheniya. 2016. Vol. 45. No. 1. Pp. 107-109.

11. Petrukhina V. A., Andreeva E. V., Kol'tsov N. I. Nitraty. Butlerovskie soobshcheniya. 2017. Vol. 49. No. 1. Pp. 104-107.

12. Petrukhina V. A., Andreeva E. V., Kol'tsov N. I. Butlerovskie soobshcheniya. 2018. Vol. 53. No. 2. Pp. 140-144.

13. Petrukhina V. A., Kirillova T. A., Tsareva L. Yu., Andreeva E. V., Kol'tsov N. I. Butlerovskie soobshcheniya. 2019. Vol. 57. No. 3. Pp. 154-157.

14. Petrukhina V. A., Konnova K. A., Yakimova M. V., Kol'tsov N. I. Butlerovskie soobshcheniya. 2020. Vol. 61. No. 1. Pp. 76-80.

15. Petrukhina V. A., Fedorov P. I., Konnova K. A., Yakimova M. V., Kol'tsov N. I. Butlerovskie soobshcheniya. 2020. Vol. 61. No. 1. Pp. 81-85.

16. Voda v polimerakh [Water in polymers]/Per. s angl.; pod red. S. Rowland. Moscow: Mir, 1984.

17. Damaskin B. B., Petrii O. A., Tsirlina G. A. Elektrokhimiya [Electrochemistry]. Moscow: Khimiya, Kolos S, 2006.

18. Suslyaev S. A., Kochetkova T. D. Izvestiya vuzov. Fizika. 2003. No. 9. Pp. 72-75.

19. Bertolini D., Cassttari M., Salvetti G. J. Chem. Phys. 1983.Vol. 78. No. 10. Pp.365-372.

20. Satoru Mashimo, Shinichi Kuwabara. Dielectric relaxation of mixtures of water and primary alcohol. J. Chem. Phys. 1989. Vol. 90. No. 6. Pp. 3292-3294.

21. Kaatze U., Schafer M., Pottel R. Z. Phys. Chem. 1989. Vol. 165. Pp. 3292-3294.

22. Fialkov Yu. Ya. Ne tol'ko v vode (Voprosy sovremennoi khimii) [Not only in water (questions of modern chemistry)]. Leningrad: Khimiya, 1989.

23. Borisov I. M., Nabiev A. A., Kornilov V. M., Soliev L., Vedernikova T. G. Vestnik Bashkirskogo universiteta. 2020. Vol. 25. No. 1. Pp. 58-63.

24. Ravdel' A. A., Ponomareva A. M. Kratkii spravochnik fiziko-khimicheskikh velichin [Concise reference book of physico-chemical values]. Saint Petersburg: Ivan Fedorov. 2003.

25. Sergeev S. A., Mikhailov A. I., Koronevskii N. V., Sergeev R. S., Zykov K. A., Sergeeva B. V. Elektronika i mikroelektronika SVPt. 2018. Vol. 1. Pp. 515-519.

Received 21.04.2021.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.