Свіщова Яна

канд.хім.наук, завідувач кафедри загальної хімії

ХНАУ ім. В.В. Докучаєва

м. Харків

ВИКОРИСТАННЯ ІОН-МОЛЕКУЛЯРНОЇ ВЗАЄМОДІЇ ДЛЯ ОЦІНКИ ВМІСТУ ОДНОЗАРЯДНИХ ІОНІВ В ГРУНТІ

При аналізі біохімічних процесів, що відбуваються в рослинах і вплив на них складу ґрунту визначають кількість однозарядних іонів: калію, натрію, хлоридів, йодидів, бромідів. Основні методи дослідження пов'язані з використанням полум'яних фотометрів для визначення катіонів та титриметрического методу для аналізу аніонів [1]. Основний недолік титріметрического методу полягає в досить великий похибки визначення, наприклад, при кількості хлорид-іонів до 2 ммоль в 100 г ґрунту сумарна відносна похибка визначення становить 15%; тоді як в методі прямої іонометрії для кількості хлорид-іонів до 0,5 ммоль в 100 г ґрунту – 12%. Крім того, метод прямої іонометрії дозволяє істотно скоротити час дослідження. Для розширення використання прямої іонометрії для аналізу неорганічних і органічних іонів в ґрунті необхідно провести детальне дослідження іон-молекулярної взаємодії в водному і неводному середовищі. Встановлені закономірності нададуть змогу створити композиційні матеріали  мембран електродів з підвищеною селективністю до конкретного іона [2]. Метою дослідження: встановити закономірності іон-молекулярної  взаємодії  в залежності від природи і розміру іонів користуючись даними електричної провідності розчинів. Об'єктами дослідження були обрані однозарядні неорганічні іони K⁺, Nа⁺, Cѕ⁺, Rb⁺, Li⁺ в порівнянні з органічними катіонами: тетраметіл-, тетраетіл-, тетрапропіл-, тетрабутіл- амонію (Me₄N⁺, Et₄N⁺, Pr₄N⁺, Bu₄N⁺, відповідно). Такий вибір іонів дозволить проаналізувати вплив радіуса іона на іон-молекулярні взаємодії при постійному значенні заряду. Для оцінки впливу знака заряду на інтенсивність іон-молекулярної взаємодії вивчено поведінку ряду неорганічних однозарядних іонів: Cl^-, Br^-, I^-.

Для теоретичного розрахунку значень граничної молярної електричної провідності іонів в даний час відсутні дані по параметрам трансляційної і обертальної дифузії молекул в неводних розчинах. В роботі була зроблена спроба розв'язання оберненої задачі з використанням молекулярної теорії Волінеса [3] і літературних даних [4] щодо граничної молярної електричної провідності іонів. Для розрахунку атракціонних коефіцієнтів тертя використовували рівняння:

= ζ_об -  ζ_η

Розраховані значення атракціонного коефіцієнта тертя для вивчених систем мають позитивне значення. Згідно з уявленнями Самойлова про сольватацію [5] під атракційною іон-молекулярною взаємодією слід розуміти не притяжіння або відштовхування між частинками, а дія іонів на динаміку найближчих молекул розчинника. У разі позитивного значення атракціонного коефіцієнта тертя слід розуміти позитивну сольватацію іонів, тобто уповільнення трансляційного руху молекул розчинника. Для лужних металів і галогенід-іонів в ацетоні значення атракціонного коефіцієнта тертя зменшується з ростом радіуса іона, що є наслідком зменшення щільності заряду іона. З ростом радіуса катіона зменшується частка вкладу атракціонного коефіцієнта (ζ*) в загальний коефіцієнт тертя (ζоб). Для тетраалкіламонієвих іонів спостерігається збільшення значення атракціонного коефіцієнта тертя з ростом радіуса катіона, для цих іонів значення ζ* нижчі, ніж для катіонів лужних металів, що підтверджує існуючу думку про слабку їх сольватації.

Найбільші значення товщини сольватної оболонки (Δr) отримані для катіонів лужних металів. Причому зі зменшенням радіуса катіона величина Δr збільшується. Наприклад, Δr для Cs⁺ дорівнює 3,42∙10^-10м, тоді як для Li⁺  –4,80∙10^-10м.  Для тетраалкіламонієвих іонів Δr має невелике значення. Так для Et₄N⁺ значення товщини сольватної оболонки дорівнює 0,67∙10^-10м. Мало відрізняється від нуля ця величина і для аніонів, що свідчить про слабку сольватну оболонку цих частинок в ацетоні.

Значення енергії іон-дипольної взаємодії для катіонів лужних металів знаходиться в діапазоні (-1,37) ¸ (-61,7) кДж/моль, для тетраалкіламонієвих катіонів – (-1,64) ¸ (-3,30) кДж/моль, а для аніонів (-8,13) ¸ (-11,9) кДж/моль.

Література

1. Практикум з грунтознавства: навчальний посібник / [Д.Г. Тихоненко, В.В. Дегтярьов, С.В. Крохін та ін.] – Х.: Майдан., 2009. – 447 с.

2. Камман К. Работа с ионоселективными электродами / Камман К. -  М.: Мир, 1980. - 283 с.

3. Wolynes P.G. Dynamics of electrolyte solutions / P. G. Wolynes // Annu. Rev. Phys. Chem. – 1980. –Vol. 31.  – P.345–376.

4. Schmelzer N. / Vergleichende Untersuchungen zum Verhalten einiger Ionen in aprotiechen protophoben Iosungsmitteln anhand von Teitfahigkeit-Smessungen / N. Schmelzer,  J. Einfeldt, M. Grigo // Wiss. Z. Uni, Rotock. – 1990. – V.5,  № 39. – P.41-78.

      5. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов / О. Я. Самойлов. – М.: Изд-во АН СССР, 1957. –183с.