Введение к работе
Актуальность работы. Реакции алкоголиза соединений щелочных металлов представляют большой интерес. Их практическая важность определяется потребностями производства алкоксидов (алкоголятов) для различных процессов органического синтеза. Между тем, термодинамические характеристики подобных реакций изучены недостаточно. Сведения о константах равновесия, имеются лишь для взаимодействия гидроксидов и карбонатов щелочных металлов с алифатическими спиртами. Подобные данные необходимы не только для оценки выходов алкоксидов, но и для расчёта фазовых равновесий при проектировании непрерывных производств. Изучение реакций алкоголиза соединений щелочных металлов представляет и теоретический интерес, т.к. указанные системы представляют собой объект для исследования закономерностей обратимых химических процессов кислотно-основного типа. Актуальным направлением для описания термодинамических свойств таких реакционных систем является применение моделей растворов, которые позволяют получить информацию труднодоступную экспериментальным путем.
Работа поддержана персональными грантами Правительства г. Санкт-Петербурга для аспирантов вузов (2011, 2012 гг.).
Цели и задачи работы.
Цель работы – изучить спиртовые (гликолевые) растворы солей щелочных металлов, которые вступают в реакцию алкоголиза с образованием алкоксидов.
Задачи работы:
– исследовать спиртовые растворы сульфидов, цианидов, орто- и пирофосфатов щелочных металлов в условиях фазового и химического равновесия;
– применить электролитные модели растворов для описания равновесия жидкость – твердое тело в рассматриваемых системах.
Научная новизна. Получены экспериментальные данные о распределении компонентов в реакционной системе сульфид натрия – спирт (метанол, этанол, изопропанол, изобутанол, бензиловый спирт); оценена эффективность образования алкоголятов натрия и влияние различных параметров на сдвиг равновесия. Изучены также другие алкоголятгенерирующие системы: цианид калия – спирт (метанол, этиленгликоль, глицерин), ортофосфат калия (натрия) – этиленгликоль, а также пирофосфат натрия – этиленгликоль. Определена растворимость указанных солей в спиртах с учетом кислотно-основного взаимодействия. Рассчитаны концентрационные константы кислотно-основного равновесия в алкоголятгенерирующих спиртовых (гликолевых) системах. Определена растворимость средних и кислых ортофосфатов натрия и калия, а также пирофосфата натрия в нереакционных системах на основе метанола, этиленгликоля, монометилового эфира этиленгликоля (метилцеллозольва) и глицерина.
Практическая ценность. Полученные данные о растворимости, фазовых и химических равновесиях в спиртовых системах на основе сульфидов, цианидов и фосфатов могут быть использованы при разработке технологических процессов производства алкоголятов щелочных металлов. Предложен способ получения алкоксидов и безводного гидросульфида натрия из сульфида натрия и спиртов.
Положения, выносимые на защиту:
— результаты экспериментального изучения фазового и химического равновесий в реакциях алкоголиза сульфидов, цианидов, орто- и пирофосфатов щелочных металлов.
— результаты расчёта растворимости компонентов алкоголятгенерирующих систем с помощью электролитных моделей NRTL, UNIQUAC, LIQUAC и UNIFAC.
— способ получения алкоксидов и безводного гидросульфида натрия из сульфида.
Личный вклад автора. Соискателем лично получены, обработаны и систематизированы экспериментальные данные. Постановка задач исследования и обсуждение результатов осуществлялись совместно с научным руководителем.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на IV и VII Всероссийских школах-конференциях молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения)» (Иваново, 2009; 2012); Всероссийских конференций молодых ученых «Наука, технологии, инновации» (Новосибирск, 2009; 2010).
Публикации. По результатам исследования опубликовано 7 научных трудов, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и одна статья в международном журнале.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора, методической части, обсуждения результатов эксперимента, выводов и списка литературы. Работа изложена на 112 страницах, содержит 5 рисунков и 32 таблицы. Библиография содержит 136 наименований.
