3. Зерттеу нәтижелерін өңдеу

Табиғи бораттар тек кальций, магний элементтерінен ғана емес, сонымен қатар кейбір сілтілік металдардың бораттарынан да тұрады.

Құрамында бор қышқылы бар үштік жүйелердің изотермиялық ерігіштігі, әдеби мәліметтер бойынша көптеген ғалымдардың жұмыстарында зерттелінген. Ондағы зерттеу жұмыстарының көпшілігі бор қышқылының электролит ерітінділеріндегі ерігіштігін зерттеуге арналған //.

Жоғарыда айтылған мақсаттарға байланысты Н₃ВО₃-NaCH₃COO-H₂O жүйесі 50^оС температурада алғаш зерттелінді.

Тәжірибелік нәтиежелер 4; 5; 6-кестелерде және 1-суретте көрсетілген. Бұл кестелерде сұйық фазадағы компоненттердің массалық концентрациясы мен осы фазаның физикалық қасиеттері (сутектік көрсеткіші, сыну көрсеткіші, ерітіндінің тығыздығы) берілген.

5-кесте. H₃BO₃-NaCH₃COO-H₂O жүйесінің 50^оС-гі ерігіштігі мен қасиеті (тепе-теңдік орнау уақыты 1,5 сағат)

Тәж №	Сұйық фазаның құрамы, мас%			Сұйық фазаның физикалық қасиеттері				Қатты фаза*
	H3BO3	NaCH3COO	СН3СООН		рН	n	d,г/см3
1	8,17	-	-		4,44	1,3383	1,0271		А
2	7,48	1,06	0,95		5,15	1,3474	1,0506		А
3	9,08	2,43	3,53		5,19	1,3524	1,0684		А
4	12,13	3,80	9,80		5,25	1,3554	1,0859		А+Б
5	10,21	4,31	7,20		5,34	1,3593	1,0995		Б
6	9,24	6,79	7,80		5,35	1,3694	1,1173		Б
7	9,77	11,14	9,98		5,38	1,3694	1,2101		Б
8	10,99	15,34	12,84		5,24	1,3114	1,1498		Б
9	12,18	17,82	11,88		5,14	1,3694	1,1486		Б
10	9,77	17,11	12,04		5,16	1,3714	1,1503		Б
11	8,72	20,36	13,64		6,17	1,3744	1,1592		Б+В
12	8,58	23,33	14,71		5,10	1,3801	1,1600		Б+В
13	5,54	22,29	17,00		6,12	1,3814	1,1654		В
14	2,68	23,54	18,85		6,18	1,3602	1,1702		В
15	-	27,64	21,36		8,74	1,3714	1,1386		В
*А- H3BO3; Б- NaB5O8.5H2O; В- NaCH3COO

Осы кестеден алынған нәтижелер бойынша 50^оС температураның сұйық фазасында Н₃ВО₃:NaCH₃COO=2,37:1 ара қатынастарында ерітіндідегі NaCH₃COO мөлшері 1% кем болмаса, жүйеде жаңа қатты фаза – NaB₅O₈^.5H₂O пайда болады (пентагидратты натрий пентабораты түзіледі). Түзілу уақыты 1,5 сағатқа тең.

Сұйық фазадағы жаңа қосылыстың рН мәндері 5,16-5,34 аралықтарында тербеледі. Сутектік көрсеткіштердің мәліметтері тепе-теңдік күйдегі жүйеге сілтілік металдардың пентабораттарының бөлінетіндігін көрсетеді. Ол әдеби деректермен толығымен сәйкес келеді. Онда рН мәні 5-6 аралығында болғанда жүйеге көбінесе сілтілік металдарың пентабораттары бөлінетіндігін айтқан /116/.

Кестеден алынған мәндер бойынша 50^оС температурадағы жүйе компоненттерінің изотермилық ерігіштігінің диаграммалық кескіндемесі Гиббс-Розебом әдісі бойынша тең бүйірлі үшбұрышқа сызылған. Диаграмма 1-суретте көрсетілген.

Диаграммадағы ерігіштік қисығы бес кристалдану бұтағынан тұрады. 1-кристалдану бұтағының алғашқы бөліктерінде қаныққан бор қышқылының концентрациясы жоғары болады.

2-cурет. NaCH₃COO-H₃BO₃-H₂O жүйесінің 50 ^оС температурадағы изотермиялық ерігіштігі (моль, %)

Сұйық және қатты фазалардың құрамын мұқият талдасақ, натрий ацетатының концентрациясы жоғарылаған сайын бор қышқылының ерігіштігінің жоғарылайтындығы байқалады. Мұның себебін бор қышқылы натрий ацетатымен әрекеттесіп, ерітіндіге әлсіз сірке қышқылын бөліп шығаратындығымен түсіндіруге болады.

Яғни натрий ацетатының концентрациясын жоғарылатқан сайын бөлінген бор қышқылының кристалдарының ерігіштігі артып, жүйеде тұздату процесі жүре бастайды. Кристалдану бұтағының екінші аймағында қатты фазаға жаңа қосылыс натрий пентаборатының NaB₅O₈^.5H₂O кристалдары бөліне бастайды.

Натрий ацетатының біртіндеп қосылған мөлшері осы бөлінген жаңа қосылыстың ерігіштігіне әсер етіп, кристалдану бұтағының үшінші аймағында натрий пентаборатымен бірге натрий ацетатының артық мөлшері кристалдана бастайды. Ал, төртінші кристалдану аймағындағы қисық натрий ацетатымен қаныққан кристалдану бұтағы болып табылады.

Диаграммалық кескіндемеден байқалғандай, компоненттер инконгурэнтті ериді.

Сұйық фазада 50^оС температурада қатты фазаға жаңа қосылыстардың кристалдану жағдайларындағы бор қышқылының концентрациясы массалық үлеспен 8,17-12,13% аралықтарында болды. Натрий ацетатының концентрациясы 0-3,80%.

2-еру бұтағының қисығы қаттты фазаға кристалданған жаңа қосылыс NaB₅O₈^.5H₂O бес молекулалы суы бар натрий пентаборатына сәйкес келеді. Бұл еру қисығындағы бор қышқылы мен натрий ацетатының концентрациялары мынадай аралықтарда өзгереді: Н₃ВО₃ - 4,31-17,11%.

3-еру қисығының бұтағы қатты фазаға кристалданған жаңа қосылыс натрий пентабораты мен натрий ацетатының қоспасы екендігін көрсетеді. Мұндағы бор қышқылы мен натрий ацетатының сұйық фазадағы концентрациялары Н₃ВО₃ – 8,72-8,58 %; NaСН₃СОО - 20,36-23,33 %.

4-еру қисығы қатты фазаға кристалданған натрий ацетатын көрсетеді. Бұл кезде сұйық фазадағы Н₃ВО₃ концентрациялары 5,54-2,68 %; NaСН₃СОО –22,29-27,64 %.

Жоғарыда алынған мәліметтер бойынша натрий ацетаты мен бор қышқылының өзара әрекеттесуі мына төмендегі реакция бойынша жүреді:

5Н₃ВО₃ + NaСН₃СОО + 3H₂O = NaB₅O₈^.5H₂O + СН₃СООH + 5H₂O

Қатты фазаға бөлінген жаңа қосылыс натрий пентаборатының құрамына ИҚ-спектрлік және рентгенфазалық анализдер жасалды. Олар туралы мәліметтер төмендегі 2; 3-суреттерде көрсетілген.

Бұл суреттерде ИҚ спектрінің сіңіргіш жолақ сызықтарын және РФ анализ спектрлерінің интенсивтілігін салыстыру үшін бастапқы әректтесуші реагенттер бор қышқылының және натрий ацетатының спектрлері де сызылған.

Үлгілердің ИҚ спектрлері UR-20 спектрофотометрінде KBr таблеткасында, ал, РФ анализ ДРОН-3С дифрактометрінде CuK_-сәуленуі арқылы жүргізілді.

(а) Н₃ВО₃; (б) CH₃COONa; (в) NaB₅O₈^.5H₂O

3-cурет. NaB₅O₈^.5H₂O қосылысының ИҚ-спектрлік анализі

Осылайша әдебиеттік және тәжірибелік нәтиежелер бойынша әртүрлі координациядағы В-О-ның тербеліс байланыстары NaB₅O₈^.5H₂O үшін былайша сипатталады: 1360-1460 см^-1 аймағындағы валенттік тербеліс жиіліктерінің сіңіру жолақтары В₍₃₎-О және 1250-1360 см^-1 аймағындағы валенттік тербелістер В₍₃₎-О- В₍₃₎ үшкоординирленген бор координаттарын, 1150-1250 см^-1 валенттік тербелістері төрткоординирленген В₍₄₎-О- В₍₄₎ борды, 1000-1125 см^-1 валенттік тербелістері В₍₃₎-О- В₍₄₎ бор координаттарын, ал 950-1080 см^-1 аралықтары В₍₄₎-О түріндегі бор координаттарын сипаттайды. Ал 480-650 см^-1 аралықтарындағы деформациялық тербелістер В₍₃₎-О- В₍₃₎ бороттекті комплексті көрсетеді.

(б)

(а) Н₃ВО₃; (б) CH₃COONa; (в) NaB₅O₈^.5H₂O

4-cурет. NaB₅O₈^.5H₂O қосылысының рентгенфазалық анализдері

Ал РФ анализдің нәтиежелерінде бес гидратты натрий пентаборатының NaB₅O₈^.5H₂O құрылысына сәйкес келетін ең негізгі мынадай шыңдар алынды: 1,087; 1,27; 1,38; 1,51; 1,64; 1,85; 2,01; 2,24; 2,38; 2,96; 3,22; 3,67; 4.70.

Борат иондарының құрылысы 1950 жылдардан бастап кең қанат жайған рентгенқұрылыстық анализдердің нәтижелері бойынша көптеген табиғи және синтетикалық бораттардың аниондарының құрылысы мен кристалдық торларының параметрлері есептелген114-118.

.Қорыта айтқанда алынған компоненттердің сандық қатынастары Н₃ВО₃/NaCH₃COO = 0,40:1 болғанда жүйеде қоспасыз таза натрийдің пентабораттары кристалданады.