Кристалічний потрійний акваамінодифосфат міді (іі)-цинку-кадмію

Корисна модель відноситься до нових хімічних речовин координаційної будови, а саме сполук міді(ІІ), цинку, та кадмію з аміаком та йоном дифосфату в твердому кристалічному стані загальної формули Cu1,0Zn0,5Cd0,5P2О7·2,5NH3·2,6H2О. Найбільш близьким за хімічною суттю і досягнутим результатом до винаходу, що передбачається, є кристалічний гідратований аміачний дифосфат міді (II) [Пат. 62782 A CO IB 25/26 UA /Кристалічний гідратований аміачний дифосфат міді та спосіб його одержання. - Бюл. №12, 15.12.2003]. Кристалічний гідратований аміачний дифосфат міді загальної формули Сu2Р2О7·nNH3·mН2О, де n=1-3; m=1-5 одержували шляхом розчинення Сu2Р2О7·5Н2О у надлишку 23-25%-го водного розчину аміаку, взятому із розрахунку 110-120% стехіометрично необхідної кількості для утворення йонів [Сu(NH3)4]2+, далі одержаний розчин вливали в ацетон, об'єм якого у 3-5 разів більший за об'єм аміачного розчину дифосфату міді, суміш перемішували протягом 5-10хв. до утворення донної фази, яку потім відділяли від розчину і витримували при 15-25°С до її кристалізації та досягнення постійної маси. Недоліком прототипу стосовно об'єкту, що заявляється, є: передбачувана наявність у складі речовини лише одного двовалентного металу Сu; недостатні умови для одержання індивідуальної сполуки, яка відноситься до потрійних солей за складом катіонів, і є при цьому кристалічною за своєю структурою; наявність у складі речовини-прототипу лише одного металу Сu, внаслідок чого вона буде односпрямованою за своїми властивостями при використанні. Корисною моделлю ставиться завдання одержати потрійну сіль акваамінодифосфату міді(П)-цинку-кадмію із заданим мольним співвідношенням між катіонами металів у твердому кристалічному стані. Поставлене корисною моделлю завдання досягається тим, що кристалічний потрійний акваамінодифосфат міді(ІІ)-цинку-кадмію, загальної формули Cu1,0Zn0,5Cd0,5P2О7·2,5NH3·2,6H2О, одержаний як тверда кристалічна сполука із заданим мольним співвідношення між катіонами металів на основі розчинення механічної суміші, Cu2P2O7·5H2O, Zn2P2O7·5H2O та Cd2P2O7·5H2O, взятих у співвідношенні CuO:ZnO:CdO=1,0:0,5:0,5, у надлишку концентрованого водного розчину аміаку з подальшим осадженням твердої сполуки додаванням ацетону і її витримуванням на повітрі при 15 ¸ 25ºС до повного тверднення та постійної маси. Твердий кристалічний потрійний акваамінодифосфат міді(ІІ)-цинку-кадмію складу CuZnCdP2O7·2,5NH3·2,6H2O одержують шляхом розчинення суміші гідратованих дифосфатів міді(ІІ), цинку та кадмію у надлишку 23-25%-го водного розчину аміаку, взятому із розрахунку 110-120% стехіометрично необхідної кількості для утворення йонів [Ме(NH3)4]2+. Як вихідні реагенти використовують гідратовані дифосфати міді(ІІ), цинку та кадмію загальної формули Ме2Р2О7·(5-6)Н2О. Синтез виконують у такому порядку: наважки дрібнодисперсних Cu2P2O7·5H2O, Zn2P2O7·5H2O та Cd2P2O7·5H2O, взятих в мольному співвідношенні CuO:ZnO:CdO, змішують між собою та повністю розчиняють у надлишку 23-25%-го водного розчину аміаку, взятого у 110-120%-ному надлишку від стехіометрично розрахованої кількості. Далі до аміачного розчину дифосфатів міді(ІІ), цинку та кадмію додають ацетон, об'єм якого у 3-5 разів більший за об'єм аміачного розчину. Утворену маслянисту донну фазу темносинього кольору відділяють від маточного розчину і витримують на повітрі при 15 ¸ 25ºС до повного тверднення та постійної маси. Приклад. Дрібнодисперсні наважки дифосфату міді(ІІ) масою 4г, дифосфату цинку масою 1,75г та дифосфату кадмію масою 1,55г (мольне співвідношення CuO:ZnO:CdO=1,0:0,5:0,5) змішують і до механічної суміші додають 50мл 25%-го водного розчину аміаку. Розмішують суспензію до повного розчинення наважок дифосфатів. Далі отриманий аміачний розчин вливають до 150мл ацетону. Верхній шар маточного розчину зливають декантацією, а нижню маслянисту темно-синього кольору фазу відділяють від маточного розчину і витримують на повітрі при 15 ¸ 25ºС до повного тверднення та постійної маси. Одержують речовину темно-синього кольору, яка за хімічним складом відповідає брутто-формулі речовини l,0CuO·0,5ZnO·0,5CdO·P2O5·2,5NH3·2,6H2O або молекулярній формулі Cu1,0Zn0,5Cd0,5P2О7·2,5NH3·2,6H2О. Обґрунтування умов утворення твердого акваамінодифосфату міді(П)-цинку-кадмію наведено в табл. 1-2. Загальна формула синтезованої речовини встановлена за її хімічним складом (табл. 1). Таблиця 1 Визначення хімічної формули твердого акваамінодифосфату міді(ІІ)–цинку-кадмію Показники складу речовини за прикладом Вміст компонентів, % Мольні частки компонентів Стехіометричні коефіцієнти компонентів у брутто-формулі сполуки Брутто-формула речовини за компонентним складом Хімічна формула заречовинним складом CuO 19,23 0,2419 ZnO 9,80 0,1204 1 0,5 · Компоненти продуктів CdO P2O5 NH3 15,51 34,2 10,12 0,1208 0,2409 0,5951 0,5 · 1 · H2O 11,27 0,626 2,5 · 2,6 · 1,0CuO 0,5ZnO 0,5CdO P2O5 2,5NH3 2,6H2O [Cu1;0Zn0,5Cd0,5-2,5NH3-2,6H2О]P2О7 В табл. 2 наведено обґрунтування умов утворення твердого кристалічного акваамінодифосфату міді(ІІ)-цинкукадмію індивідуального складу. Дані, наведені у табл. 2, свідчать, що індивідуальна кристалічна сполука формується лише при мольному співвідношенні CuO:ZnO:CdO=1,0:0,5:0,5. Таблиця 2. Умови утворення твердого потрійного акваамінодифосфату міді(П)-цинку-кадмій № Мольне Вихід Хімічний склад продукту, % мас. Кількість Склад продуктів з/п співвідношення продукту між CuO, ZnO за МеО, тa CdO y % вихідній суміші CuO ZnO CdO Р2О5 NH3 Н2 О фаз у складі твердого продукту за даними рентгенофазового аналізу 1 0,5:1,0:0,5 ~100 9,71 19,87 15,64 34,66 9,15 0,611 2 2 1,0:0,5:0,5 ~100 19,23 9,80 15,51 34,2 10,12 11,27 1 3 0,5:0,5:1,0 ~100 9,10 9,30 29,33 32,46 7,42 12,36 2 Cu0,5Zn1,0Cd0,5P2О7·2,2NH3·2,5H2 О (механічна суміш двох речовин) Cu1,0Zn0,5Cd0,5P2О7·2,5NH3·2,6H2 О Cu0,5Zn0,5Cd1,0P2О7·1,9NH3·3,0H2 О (механічна суміш двох речовин) Відповідно до наведених у табл. 1 та 2 даних, головними умовами утворення сполуки індивідуального складу - твердого кристалічного потрійного акваамінодифосфату міді(ІІ)-цинку-кадмію - є обов'язкове використання у якості вихідних реагентів суміші дифосфатів міді(ІІ), цинку та кадмію, взятих у мольному співвідношенні CuO:ZnO:CdO=1,0:0,5:0,5. Координаційну структуру одержаної сполуки підтверджують дані 14 спектроскопії. У табл. 3 наведені частоти смуг поглинання на 14 спектрах вихідних Cu2P2O7·5H2O, Zn2P2O7·5H2O та Cd2P2O7·5H2O і синтезованого Cu1,0Zn0,5Cd0,5P2О7·2,5NH3·2,6H2О та їх віднесення. Таблиця 3. Частоти (см-1) максимумів смуг поглинання на 14 спектрах вихідних Cu2P2O7·5H2O, Zn2P2O7·5H2O та Cd2P2O7·5H2O і синтезованого Cu1,0Zn0,5Cd0,5P2О7·2,5NH3·2,6H2О Zn2P2O7·5H2O 3410-3140 с.ш. Сu2Р2О7·5Н2О 3400-3100 с.ш. Cd2P2O7·5H2O 3400-3090 с.ш. 1625ср. 1600ср. 1600ср. 1610ср. – – – 1087с. 1012с. 993с. 1070с. 1020сл 980пл. 1080с. 1025сл 985пл. 942с. 942с. 940с. – – – 600с. 555с. 520с. 600с. 555с. 525с. 600с. 550с. 525с. 480ср. 460сл 480ср. 460сл. Cu1,0Zn0,5Cd0,5P2О7·2,5NH3·2,6H2О 485ср. 460сл. 3460-3120с.ш. Віднесення u(Н2О), uas(NH3) 1640пл. 1600ср. 1570пл. 1450пл. 1425сл. 1385пл. 1220ср. u(Н2О), d as(NH3) 1120пл. 1070пл. 1010с. 990пл. 730сл. 675пл. uas(P2O7) d S(NH3) d S(NH3) us(P2O7) rr(NH3) uas(POP), [P2O7] d as(OPO) d S(OPO) Me-N Me-O 600ср. 570ср. 470пл. с. - сильна; ср. - середня; сл. - слабка; ш. - широка інтенсивна смуга поглинання; пл. - плече. Результати рентгенофазового аналізу показали, що синтезований твердий потрійний акваамінодифосфат міді(ІІ)-цинку-кадмію Cu1,0Zn0,5Cd0,5P2О7·2,5NH3·2,6H2О має кристалічну структуру, що задовільно індиціюється у моноклінній сингонії. При співвідношеннях у продуктах синтезу між CuO:ZnO:CdO рівному 0,5:1,0:0,5 та 0,5:0,5:1,0 вони є рентгеноаморфними. В табл. 4 наведено основні кристалографічні характеристики твердого кристалічного потрійного акваамінодифосфату міді(П)-цинку-кадмію. Таблиця 4. Параметри кристалічної Кути, град o Речовина ґратки, A а Cu1,0Zn0,5Cd0,5P2О7·2,5NH3·2,6H2О 10,979 b с a b g 13,386 10,977 90 90 96,41 Об'єм комірки, Сингонія o A 1603,03 моноклинна