Néhány, hiperalkalikus körülmények között képződő Ca(II)-komplex oldategyensúlyainak és szerkezetének jellemzése

A kalcium az ötödik leggyakoribb elem a Földön. A kalcium ionok vizes oldatbeli tulajdonságait szinte megszámlálhatatlanul nagyszámú irodalmi forrás tárgyalja. Az adatok túlnyomó többségükben a kísérletileg viszonylag könnyen kezelhető 1 < pH < 12 tartományra vonatkoznak. Ez egyrészt érthető,...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Main Author: Gácsi Attila
Other Authors: Sipos Pál
Format: Dissertation
Published: 2017-05-12
Subjects:
doi:10.14232/phd.3895

mtmt:3267996
Online Access:http://doktori.ek.szte.hu/3895
LEADER 05997nta a2200241 i 4500
001 dokt3895
005 20200521110346.0
008 170223s2017 hu om 0|| hun d
024 7 |a 10.14232/phd.3895  |2 doi 
024 7 |a 3267996  |2 mtmt 
040 |a SZTE Doktori Repozitórium  |b hun 
041 |a hun 
100 1 |a Gácsi Attila 
245 1 0 |a Néhány, hiperalkalikus körülmények között képződő Ca(II)-komplex oldategyensúlyainak és szerkezetének jellemzése  |h [elektronikus dokumentum] /  |c  Gácsi Attila 
246 1 0 |a Structure and equilibria of some Ca(II)-complexes forming in hyperalkaline aqueous solutions  |h [elektronikus dokumentum] 
260 |c 2017-05-12 
502 |a Disszertacio 
520 3 |a A kalcium az ötödik leggyakoribb elem a Földön. A kalcium ionok vizes oldatbeli tulajdonságait szinte megszámlálhatatlanul nagyszámú irodalmi forrás tárgyalja. Az adatok túlnyomó többségükben a kísérletileg viszonylag könnyen kezelhető 1 < pH < 12 tartományra vonatkoznak. Ez egyrészt érthető, hiszen az erősen lúgos (hiperalkalikus) oldatok mind elméleti, mind kísérleti szempontból igen nehezen kezelhetők. Ugyanakkor valamelyest meglepő is, hiszen a Ca2+ ionok extrém magas pH-jú oldatokban mutatott fizikai-kémiai viselkedésének (pl. hidrolízis, komplexképzés, csapadékképzés, stb.) ismerete számos, gyakorlati szempontból is fontos területen (pl. cementipar, alumíniumipar, papíripar, stb.) kiemelt jelentőségű. Doktori munkámat az Anyag- és Oldatszerkezeti Kutatócsoportban végeztem, ahol néhány éve több olyan alapkutatás jellegű kutatási projekt zajlik, amelynek középpontjában az erősen lúgos vizes oldatok állnak. Témaválasztásom a fentiek figyelembevételével történt, és ennek megfelelően kalcium ionok és a lúgos oldatok álltak kutatási területem középpontjában. Munkám során először a legegyszerűbb biner rendszerben, vagyis a csak Ca2+ és OH– ionokat tartalmazó vizes oldatokban lejátszódó hidrolitikus reakciók kvantitatív leírását kíséreltük meg. A kalcium ionok hiperalkalikus oldatokban számos reakcióban vehetnek részt: az oldatban lévő OH– ionokkal különböző ionpárokat, valamint rosszul oldódó Ca(OH)2(s) csapadékot képezhetnek. Ezeket a folyamatokat már az 1920-as évek óta kutatják, ennek ellenére a képződő ionpár(ok) összetétele mind a mai napig vitatott, így azok képződési/disszociációs állandóira vonatkozóan sem tekinthetjük lezártnak a rendelkezésre álló adatokat. A biner rendszer leírásához leginkább a CaOH+(aq) ionpár képződését javasolták, ám néhány irodalmi hivatkozásban a Ca(OH)20(aq) ionpár jelenlétét is feltételezték. Ennek megfelelően munkám első részében a biner rendszerekben képződő ionpárok összetételéről és képződési állandóiról gyűjtöttünk információkat. Mivel a Bayer-féle timföldgyártás során számos részlépésben Ca2+ ionokat adagolnak az reakcióelegyhez, értelemszerű volt kutatásainkat lúgos aluminátoldatok irányába továbbfejleszteni. A timföldgyártásnál használt tömény lúgos oldat a levegő CO2-tartalmával reakcióba lépve a lúg elkarbonátosodik, emiatt jelentős a lúgveszteség. Ennek kiküszöbölésére Ca2+-ot adagolnak a rendszerhez CaO formájában, így a keletkezett Na2CO3 NaOH-dá visszaalakítható, miközben CaCO3 csapadék válik ki az oldatból. Ez a folyamat a kauszticizáció, melyet a következő egyenlet szerint zajlik: Na2CO3 + CaO + H2O = CaCO3 + 2 NaOH A Bayer-oldatokban az alumíniumionok aluminát ([Al(OH)4]–) formában vannak jelen. A Ca2+ ionok és az aluminát közötti reakciókról, a szilárd fázisok egymásba történő átalakulásáról vizes közegben jelentős mennyiségű irodalmi adat áll rendelkezésre. Azonban a [CaAl(OH)4]+ ionpár esetleges képződéséről oldatokban nem találtunk irodalmi adatokat. A Bayer-oldatokban Ca2+ ionok adagolásának hatására kialakuló szilárd fázis lehet hidrokalumitszerű réteges kettőshidroxid (Ca2[Al(OH)6]OH) és/vagy trikalcium-aluminát (Ca3Al2(OH)6, TCA). Irodalmi adatok alapján a [CaAl(OH)4]+ ionpár tulajdonságairól valamint a szilárd fázist alkotó hidrokalumitszerű réteges kettős hidroxidok oldhatósági szorzatáról nem állt rendelkezésre információ. Az előző bekezdésben említett szilárd fázis kialakulását sokféle tényező befolyásolja. A fizikai paraméterek (pl. hőmérséklet, nyomás, stb.) mellett figyelembe kell venni a kémiai tényezőket is, vagyis a direkt és indirekt módon a rendszerbe kerülő szervetlen illetve szerves szennyező anyagokat. Ilyenek pl. a korábban már említett CO2, valamint a bauxitban előforduló állati és növényi maradványok. Ezekből képződnek az pl. az oxalát-, a formiát-, a citrát-, a tartarát-, a malátsók, huminsav származékok, stb. Ezek a vegyületek hatással vannak a timföldgyártás technológiai folyamatának különböző részlépéseire, ezért fontos megismernünk kölcsönhatásaikat az oldatban jelenlévő egyéb komponensekkel. Az oldatokban lévő szerves ligandumok és a Ca2+ionok között lúgos közegben komplexképződés játszódhat le. Kísérleteimhez olyan -hidroxi-karbonsav anionokat választottam ki, melyek a Bayer-oldatokban is jelen vannak, mint pl. a citrát és a tartarát. A semleges közegben a Ca2+ ionokkal képzett komplexeiket jól ismerjük, viszont az ipari szempontból jelentős, erősen lúgos közegű oldatokban létrejövő vegyületeikről szinte semmit nem tudunk. 
650 4 |a kémiai tudományok 
700 1 |a Sipos Pál  |e ths 
856 4 0 |u https://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/3895/1/GacsiA_doktori_ertekezes.pdf  |z Dokumentum-elérés  
856 4 0 |u https://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/3895/3/GacsiA_tezis_hun.pdf  |z Dokumentum-elérés  
856 4 0 |u https://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/3895/2/GacsiA_tezis_eng.pdf  |z Dokumentum-elérés