Введение к работе
Оксиды переходных металлов в высшей степени окисления, в том числе и оксиды кобальта, являются важными обьектами горнорудной промышленности. Мировое производство кобальта и его оксидов составляет несколько десятков тысяч тонн в год. Чаще всего оксиды перерабатывают в соли данного металла, которые и находят последующее использование.
Интересные области применения оксидов связаны с их оптическими, электрическими и магнитными свойствами. Они же являются одними из первых полупроводниковых материалов, нашедших применение в технике.
В настоящее время все еще ощущается существенный недостаток разнообразных окислителей "мягкого типа", особенно для реакций, проводимых в органических средах. В этом качестве интересны оксиды переходных металлов в высоких степенях окисления, например, марганца, который в таких условиях оказывается весьма эффективным. Имеются достаточно убедительные основания ожидать аналогичные результаты и для оксидов кобальта.
Известно, что для жидкофазного окисления органических соединений молекулярным кислородом в качестве эффективных катализаторов широко применяют разнообразные соединения кобальта. В присутствии гидроперокси-дов и других кислородсодержащих соединений соли кобальта (II) превращаются а соединения кобальта (НІ), в том числе и в оксид Со2Оз, с закономерным уменьшением количества катализатора, находящегося в гомогенном состоянии. В этом плане весьма интересно выяснить обратииость таких превращений. В частности, устанавливается ли стационарное состояние, либо имеет место прогрессирующая "дезактивация" катализатора.
Недостаточно экспериментально подтверждены схемы кобальтбромид-ного катализа, включающие стадии образования оксидов кобальта и молекулярного брома. Здесь важно было найти более удобную в работе модель, в качестве которой есть смысл попробовать окисление йодида кобальта (II) оксидом кобальта в органических дисперсионных средах. Последнее можно рассматривать и как модель доступного способа получения солей кобальта.
Практически нет и разработанных доступных прямых и надежных методов анализа оксида С02О3, особенно для систем, в которых оксид является всего лишь одним, и тем более, в массовом отношении не доминирующим компонентом. Все это предопределило целесообразность оценки окислительных способностей оксида кобальта в органических дисперсионных средах. Кроме того, использование органической среды дает возможность экономить сырье за счет регенерации из отработанных смесей и многократного использования растворителя. Следствием замены водной среды на органическую может быть уменьшение объема сточных вод, а значит, таким'образом, решается один из многочисленных вопросов охраны окружающей среды.
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В отличие от процессов, проводимых в кислых водных средах, где свежеприготовленный оксид кобальта С02О3 легко и количественно выделяет йод из йодидов щелочных металлов, аналогичные превращения с твердый оксидом кобальта реактивной чистоты протекают медленно, неколичественно и изучены гораздо хуже. Если же процесс проводить в органических дисперсионных средах в присутствии ограниченных количеств воды, то систематические исследования таких вариантов не проводились совсем, и даже разрозненные сведения являются большой редкостью.
В то же время, знание закономерностей последних окислительно-восстановительных процессов и умение ими управлять может решить ряд важных вопросов, в том числе и использование данного оксида в качестве мягкого окислителя, а также разработать доступный йодометрический анализ Со20з, дефицит в котором в настоящее время проявляется достаточно сильно. Особенно это важно в рамках проведения кинетического эксперимента, где традиционные методы анализа продуктов окислительно-восстановительного процесса неприемлемы из-за больших затрат времени и по ряду других причин.
Реакция оксида кобальта (III) с йодистым водородом как восстановителем в литературе толком не описана и, естественно, не используется. Нет никаких сведений и об окислении йодида кобальта (II) оксидом кобальта Со^Оз, который может претендовать на доступный способ получения солей кобальта и органических кислот.
В свете сказанного выше тема диссертационной работы "Оксид кобальта (III) как окислитель йодидов в органических дисперсионных средах" является актуальной и направлена на изучение кинетических и балансовых характеристик таких окислительно-восстановительных процессов, а также на создание необходимой базы для разработок практического использования этих интересных и доступных реакций.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Получить количественные характеристики окисления йодидов щелочных металлов, аммония и кобальта, а также йодистого водорода оксидом кобальта (III) в органических дисперсионных средах, исследовать кинетические закономерности таких окислительно-восстановительных процессов, некоторые элементы их механизма, а также обосновать возможные и целесообразные направления использования на практике.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. 1. Исследовать режимы протекания окислительно-восстановительных процессов, определить возможные лимитирующие стадии, найти кинетические уравнения и прочие закономерности, предложить схемы механизма их объясняющие.
2. Определить пути управления и возможности каждого из них. Получить количественные характеристики влияния каждого фактора из комплекса условии проведения процессов.
3. Определить варианты проведения окислительно-восстановительного взаимодействия, отвечающие требованиям, предъявляемым реакциям для аналитического контроля.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается
в количественной оценке окислительной способности оксида кобальта (III) во взаимодействии с йодидами щелочных металлов, аммония и кобальта, а также йодистого водорода в различных органических дисперсионных средах;
в обосновании диффузионного режима протекания, в установлении лимитирующих стадией их смены по ходу протекания процессов;
в найденном основном факторе управления - температуре и границах его рационального использования;
в количественной оценке роли продуктов превращения, их природы и физических характеристик;
в обосновании целесообразности использования уксусной кислоты как наиболее благоприятной кислоты-реагента и среды для количественного расходования взятых в стехиометрических количествах окислителя и восстановителя;
в количественной оценке роли природы и начального содержания кислоты-реагента, а также различных добавок;
в обосновании причин более высокой эффективности йодистого водорода как восстановителя для оксида кобальта (III).
НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы состоит в том, что
создана первичная научная база, для развертывания изысканий в области практического использования окислительно-восстановительных взаимодействий в органических средах с С02О3 в качестве мягкого окисления;
найдены варианты достаточно быстрого и количественного расходования реактивного оксида кобальта (III) в органических дисперсионных средах, которые отвечают всем требованиям к реакциям, используемым в химических анализах.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ. Использованы современные кинетический метод исследования окислительно-восстановительного взаимодействия между .йодидами щелочных металлов, аммония, кобальта и йодистого водорода оксидом кобальта (III) с привлечением химических и физико-химических методов входного, текущего и выходного контроля.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы были представлены на VI научно-технической конференции с международным участием "Материалы и упрочняющие технологии - 98" (Курск, 1998 г), II международной научно-технической конференции "Медико-экологические информационные технологии - 99" (Курск, 1999 г), III международной научно-технической конференции "Медико-экологические информационные технологии - 2000" (Курск, 2000 г).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам исследований опубликовано 8 работ, из них 5 статей. Полученные результаты и разработанные подходы легли в основу ряда методических разработок, используемых в лабораторном практикуме по
"Кинетике сложных химических реакций".
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Работа изложена на 151 тра-ницах машинописного текста, состоит из 5 глав, включает 88 рисунков, 10 таблиц; список литературы содержит 167 источников.
