Введение к работе
Природные и техногенные объекты, содержащие кобальт, весьма многочисленны и разнообразны по составу. Соли кобальта принадлежат к числу распространенных катализаторов жидкофазного окисления органических веществ. При этом при функционирования таких катализаторов имеет место превращение солей Со(П) в оксиды Со2Оз и Соз04, я пока не ясно, обратим ли этот процесс или же он ведет к прямой дезактивации катализатора. Стадии образования оксидов кобальта и молекулярного брома включают и схемы механизма ко-бальтбромидного катализа. В качестве модели для более детального изучения таких каталитических процессов вполне может служить окисление йодидов оксидами кобальтагв частности Со304.
Оксид кобальта Со304 является одним из распространенных и устойчивых при обычной температуре и в водных средах обладает довольно высоким окислительным потенциалом. Однако, в отличие от оксидов ряда других переходных металлов, таких как МпОг и Сг03, широкого применения в качестве окислителя это соединение пока что не получило. Не используется в должном объеме Со304 и в качестве сырья для синтеза солен.
В то же время возможность осуществления в мягких условиях окислительно-восстановительных превращений с участием Со304 в качестве окислителя может значительно расширить синтетические возможности в области получения органических продуктов окисления, а также многочисленных солей кобальта и карбоновых кислот.
Быстрое и количественное протекание процессов с участием Со304 может найти использование в качестве удобного в выполнении метода анализа, осуществляемого без предварительного превращения оксида в соответствующую соль, что очень важно для проведения кинетических исследований с участием такого оксида.
Сказанное выше предопределяет необходимость в поиске комплекса условий, с использованием которых стала бы возможной химическая реакция с участием Со304, осуществляемая в мягких условиях. Такая реакция должна протекать в четком соответствии со стехиометрическим уравнением практически до полного израсходования оксида с образованием легко фиксируемого продукта. Среди известных и проводимых в традиционных условиях для Со304 такой реакции не удалось найти. В то же время для диоксида марганца подобный процесс описан и представляет собой трибохимическое окисление йодида калия в присутствии кислоты в органической дисперсионной среде. Поэтому было принято решение исследовать возможность проведения аналогичного процесса для Со304в качестве базового окислителя.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В настоящее время большинство методов, основанных на принципах глубокого разложения исходного материала и анализа
продуктов, часто неприемлемы из-за больших затрат времени. Особенно остро эют вопрос стоит в кинетическом эксперименте. Окислительно-восстанови-гельное взаимодействие Со304 с KJ и HJ, протекающее количественно, позволило бы разработать доступный йодометрическнн анализ на оксид и таким путем решить некоторые задачи текущего контроля в кинетическом эксперименте.
Исходя из данных, приведенных в литературе, оксид кобальта Со304 может выступать в качестве окислителя в водной среде с такими восстановителями как сернистая и соляная кислоты. Было бы весьма желательно значительно расширить ассортимент восстановителей, перенести протекания окислительно-восстановительных взаимодействий в органические среды и найти условия для количественного и более быстрого расходования окислителя-оксида.
Данная диссертационная работа "Гетерогенное гетерофазное окисление йо-дидов и иоднстоводородной кислоты оксидом кобальта Со304 в органических дисперсионных средах" как раз и направлена на исследование кинетических и балансовых закономерностей окисления оксидом кобальта Со304 йодидов щелочных металлов и кобальта, а также йодистоводородной кислоты в условиях интенсивного механического перемешивания в органических дисперсионных средах при относительно низких температурах. Это обеспечивает выбранной теме достаточную актуальность не только в теоретической, но и в сугубо практической области.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Оценить окислительную способность оксида С03О4 в органических дисперсионных средах и найти пути, обеспечивающие практически полное расходование окислителя и восстановителя при их стехиометрическнх содержаниях в системе.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. 1. Изучить кинетические закономерности окисления йодидов калия и кобальта (II), а также йодистоводородной кислоты оксидом кобальта Со304 в органических дисперсионных средах, оценить роль температуры, природы дисперсионной среды, содержаний в ней воды и растворимых компонентов системы, охарактеризовать эффективность других факторов воздействия.
Предложить схему механизма процесса, на основе которой получить наблюдаемые на практике кинетические уравнения.
Выявить способы управления окислительно-восстановительным процессом и установить границы их применения.
Найти условия проведения процесса, полностью отвечающие всем требованиям, предъявляемым к используемым в аналитическом контроле реакциям.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ: - в доказательстве четкого следования протекания окислительно-восстановительного процесса во всем диапазоне изученных условий и степеней превращения реагентов одному стехиоыетрическому уравнению;
в количественной оценке эффективности оксида кобальта Со304 как окислителя в реакции с йодидом калия, CoJjH HJ в органических дисперсионных средах; в сопоставлении с соответствующими характеристиками для диоксида марганца и оксида кобальта Со 203 в аналогичных условиях;
в кинетическом уравнении для диффузионного режима протекания указанного процесса; в оценке трибохимического эффекта; в ранжировке факторов управления;
в предложенной схеме механизма процесса и обосновании его лимитирующих стадий, позволяющих на их основе получить кинетическое уравнение, отвечающее экспериментальным данным;
в обосновании роли температуры как первоочередного фактора управления;
в оценке влияния кислоты-реагента, продуктов реакции и природы дисперсионной среды на характеристики процесса;
в доказательстве более высокой окислительной активности Со304 как окислителя йодидов в сравнении с кислородом воздуха и соизмеримой с Со203 в одних и тех же условиях.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ: создана исходная база для поиска и разработки конкретных вариантов использования оксида кобальта Со304 в качестве мягкого окислителя в органических средах и реагента для получения солей кар-боновых кислот.
Окислительно-восстановительное взаимодействие Со304 с HJ в среде ледяной уксусной кислоты предложено в качестве метода аналитического контроля содержания Со304в сложных многокомпонентных системах.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ. Использован современный кинетический метод исследования окисления йодидов оксидом кобальта Со304 с привлечением химических и физико-химических (потенционетрическое титрование, спектрофотометрическое определение солей переходных металлов, хроматографическое определение чистоты растворителей) методов входного, выходного и текущего контроля.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на VI научно-технической конференции с международным участием "Материалы и упрочняющие технологии - 98" (Курск,1998), II международной научно-технической конференции "Медико-экологические информационные технологии - 99" (Курск,1999), III международной научно-технической конференции "Медико-экологические информационные технологии - 2000" (Курск, 2000).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам исследований опубликовано 7 работ, из них 4 статьи. Результаты работ использованы при разработке методических указаний к лабораторным работам по дисциплине "Кинетика сложных химических реакций".
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Работа изложена на № страницах машинописного текста, состоит из 5 глав, включает 56 рисунка,20таблиц; список литературы содержит (ЬО источников.
