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

Gácsi Attila
Néhány, hiperalkalikus körülmények között képződő Ca(II)-komplex oldategyensúlyainak és szerkezetének jellemzése.
[Thesis] (Unpublished)

[thumbnail of GacsiA_doktori_ertekezes.pdf]
Preview
PDF (thesis)
Download (8MB) | Preview
[thumbnail of GacsiA_tezis_hun.pdf]
Preview
PDF (booklet)
Download (356kB) | Preview
[thumbnail of GacsiA_tezis_eng.pdf]
Preview
PDF (booklet)
Download (357kB) | Preview

Abstract in Hungarian

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.

Item Type: Thesis (Doktori értekezés)
Creators: Gácsi Attila
Title of the thesis in foreign language: Structure and equilibria of some Ca(II)-complexes forming in hyperalkaline aqueous solutions
Témavezető(k):
Supervisor
Beosztás, tudományos fokozat, intézmény
MTMT author ID
Sipos Pál
egyetemi tanár, DSc, SZTE TTIK Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék
10013686
Pálinkó István
egyetemi tanár, DSc, SZTE TTIK Szerves Kémiai Tanszék
10001490
Divisions: Doctoral School of Chemistry
Tudományterület / tudományág: Natural Sciences > Chemistry
Nyelv: Hungarian
Date: 2017. May 12.
Item ID: 3895
A mű MTMT azonosítója: 3267996
doi: https://doi.org/10.14232/phd.3895
Date Deposited: 2017. Feb. 23. 11:58
Last Modified: 2020. May. 21. 11:03
Depository no.: B 6204
URI: https://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/3895
Defence/Citable status: Defended.

Actions (login required)

View Item View Item