Потрійна сіль акваамінодифосфату міді(іі)-цинку-кадмію у твердому аморфному стані

Корисна модель відноситься до нових хімічних сполук координаційної будови, а саме потрійної солі міді(ІІ), цинку та кадмію з аміаком та йоном дифосфату в твердому аморфному стані загальної формули CuxZnyCd2(x+y) P2 O7×nNH 3×mH 2O, де х = 0,33-0,50; у = 0,33-1,0; х + у = 0,66-1,5; n = 1,8-2,3; m = 2,5-3,6. Найбільш близьким за хімічною суттю і досягнутим результатом до корисної моделі, що передбачається, є кристалічний гідратований аміачний дифосфат міді(ІІ) [Пат. 62782 A C01B 25/26 UA /Кристалічний гідратований аміачний дифосфат міді та спосіб його одержання. - Бюл. №12, 15.12.2003]. За цим способом кристалічний гідратований аміачний дифосфат міді загальної формули Сu2Р2О7×nNH3×mH2O, 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 [Cu(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: 1) передбачувана наявність у складі речовини лише одного металу Сu; 2) недостатні умови для одержання індивідуальної сполуки, яка відноситься до потрійних солей за складом катіонів. 3) наявність у складі речовини-прототипу лише одного металу Сu, внаслідок чого вона буде односпрямованою за своїми властивостями при використанні. Корисною моделею ставиться завдання одержати твердий аморфний потрійний акваамінодифосфат міді(ІІ)цинку-кадмію із заданим мольним співвідношенням між CuO:ZnO:CdO рівним 0,5:0,5:1,0 або 0,5:1,0:0,5, або 1,33:0,34:0,34, або 0,33:0,33:1,34. Поставлене корисною моделею завдання досягається тим, що потрійна сіль акваамінодифосфату міді(ІІ)цинку-кадмію у твердому аморфному стані загальної формули CuxZn yCd2-(X+y)P2O 7×nNH3×mH2O, де х = 0,33-0,50; у = 0,33-1,0; (х+у) = 0,66-1,5; n = 1,8-2,3; m = 2,5-3,6, одержана як тверда аморфна координаційна сполука на основі розчинення, із заданим мольним співвідношенням CuO:ZnO:CdO механічної суміші Сu2Р2О7×5Н2О, Zn2P 2O7×5H2O та Сd2Р2О7×5Н2О у надлишку концентрованого водного розчину аміаку з подальшим осадженням твердої сполуки додаванням ацетону і її витримуванням на повітрі при 15¸25°С до повного тверднення та постійної маси. Твердий аморфний потрійний акваамінодифосфат міді(ІІ)-цинку-кадмію із заданим мольним співвідношенням між CuO:ZnO:CdO одержують шляхом розчинення суміші гідратованих дифосфатів міді(ІІ), цинку та кадмію у надлишку водного розчину аміаку з подальшим осадженням твердої сполуки додаванням ацетону. Як вихідні реагенти використовують гідратовані дифосфати міді(ІІ), цинку та кадмію загальної формули Ме 2Р2 О7 (5-6)Н2О. Синтез виконують у такому порядку: наважки дрібнодисперсних дифосфатів міді(ІІ), цинку та кадмію, взятих в заданому мольному співвідношенні CuO:ZnO:CdO, змішують між собою та повністю розчиняють у надлишку 2325%-го водного розчину аміаку, взятого у 110-120%-ному надлишку від стехіометрично розрахованої кількості для утворення йонів [Me(NH3)4] 2+. 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 темно-синього кольору відділяють від маточного розчину і витримують на повітрі при 15¸25°С до повного тверднення та постійної маси. Приклад 1. Дрібнодисперсні наважки дифосфату міді(ІІ) масою 2г, дифосфату цинку масою 1,75г та дифосфату кадмію масою 3,1г (мольне співвідношення CuO:ZnO:CdO=0,5:0,5:1,0) 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¸25°С до повного тверднення та постійної маси. Одержують речовину темно-синього кольору, яка за хімічним складом відповідає брутто-формулі речовини 0,5CuO×0,5ZnO×1,0CdO×P2O5×1,9NH3×3,0H 2O або молекулярній формулі Cu0,5Zn0,5Cd1,0P207×1,9NH3×3,0H2О. Приклад 2. Дрібнодисперсні наважки дифосфату міді(ІІ) масою 2г, дифосфату цинку масою 3,5г та дифосфату кадмію масою 1,5г (мольне співвідношення CuO:ZnO:CdO=0,5:1,0:0,5) 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¸25°С до повного тверднення та постійної маси. Одержують речовину темно-синього кольору, яка за хімічним складом відповідає брутто-формулі речовини 0,5CuO×1,0ZnO×0,5CdO×P2O5×2,2NH3×2,5H 2O або молекулярній формулі Cu0,5Zn1,0Cd0,5P207×2,2NH3×2,5H2О. Приклад 3. Дрібнодисперсні наважки дифосфату міді(ІІ) масою 1г, дифосфату цинку масою 0,875г та дифосфату кадмію 3,1г (мольне співвідношення CuO:ZnO:CdO=0,33:0,33:1,34) 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¸25°С до повного тверднення та постійної маси. Одержують речовину темно-синього кольору, яка за хімічним складом відповідає брутто-формулі речовини 0,33CuO×0,33ZnO×1,34CdO×P2O5 1,8NH3×3,6H 2O або молекулярній формулі Cu0,33Zn0,33Cd1,34P 207×1,8NH3×3,6H2O. Обґрунтування умов утворення твердого аморфного акваамінодифосфату міді(ІІ)-цинку-кадмію наведено в табл. 1. За наведеними в таблиці 1 даними встановлено, що для отримання аморфних продуктів, потрібно щоб кількість молів міді в сполуці був менше одиниці. Збільшення кількості молів кадмію та цинку в продуктах супроводжується утворенням аморфних сполук. Загальна формула синтезованої речовини встановлена за її хімічним складом (табл. 2). Таблиця 1 Умов и утворення твердого потрійного акв аамінодифосфату міді(ІІ)-цинку-кадмію Хімічний склад продукту % мас. Мольне Вихід співв ідношення продукту Cu:Zn:Cd у за СuО в ихідній суміші МеО,% ZnO CdO Р2О5 NH3 Н2О Кількість фаз у складі твердого продукту за даними рентгенофазов ого аналізу 0,5:1,0:0,5 ~100 9,71 19,87 15,64 34,66 9,15 0,6111 2 0,5:0,5:1,0 ~100 9,10 9,30 29,33 32,46 7,42 12,36 2 0,33:0,33:1,34 ~100 5,73 5,89 37,03 30,69 6,66 14,05 2 1,0:0,5:0,5 ~100 19,23 9,80 15,51 10,12 11,27 1 34,2 Склад продуктів Cu0,5Zn1,0Cd0,5P207×2,2NH3×2,5H2O (рентгеноаморфний) Cu0,5Zn0,5Cd1,0P207×1,9NH3×3,0H2O (рентгеноаморфний) Cu0,33Zn0,33Cd1,34P207×1,8NH3×3,6H2O (рентгеноаморфний) Cu1,0Zn0,5Cd0,5P207×2,5NH3×2,6H2O (кристалічний) Таблиця 2 Визначення хімічної формули тв ердого акв аамінодифосфату міді(ІІ)-цинку-кадмію Показники складу речовин за прикладами Складов і компоненти 1 за прикладом 1 за прикладом 2 за прикладом 3 Компоненти продуктів CuO 2 ZnO 3 Вміст компонентів ,% 9,10 9,30 9,71 19,87 5,73 5,89 CdO 4 P2O5 5 NH3 6 Н2О 7 29,33 15,64 37,03 32,46 34,66 30,69 7,42 9,15 6,66 12,36 11,00 14,05 0,4363 0,5381 0,3919 0,6866 0,6111 0,7804 1,9 2,2 3,0 2,5 1,8 3,6 Мольні частки компонентів 0,1145 0,1143 0,2284 0,2287 0,1222 0,2441 0,1218 0,2442 0,0721 0,0724 0,2884 0,2162 Стехіометричні коефіцієнти компонентів у брутто-формулі сполуки за прикладом 1 0,5 0,5 1,0 1,0 за прикладом 2 0,5 1,0 0,5 1,0 за прикладом 1 за прикладом 2 за прикладом 3 за прикладом 3 за прикладом 1 за прикладом 2 за прикладом 3 0,33 0,33 1,34 Брутто-формула речов ини за компонентним складом 1,0 0,5CuO×0,5ZnO×1,0CdO×P2O5×1,9NH3×3,0H2O 0,5CuO×1,0ZnO×0,5CdO×P2O5×2,2NH3×2,5H2O 0,33CuO×0,33ZnO×1,34CdO×P2O5×1,8NH3×3,6H2O Хімічна формула за речов инним складом за прикладом 1 за прикладом 2 Cu0,5Zn0,5Cd1,0P2O7×1,9NH3×3,0H2O Cu0,5Zn1,0Cd0,5P2O7×2,2NH3×2,5H2O за прикладом 3 Cu0,33Zn0,33Cd1,34P2O7×1,8NH3×3,6H2O Координаційну структур у одержаної сполуки підтверджують дані ІЧ спектроскопії. У табл. 3 наведені частоти смуг поглинання на ІЧ спектрах вихідних Cu2P2 O7×5H2O, Zn2P2 O7×5H2O та Cd2P2 O7×5H2O і синтезованого Cu0,5Zn1,0Cd0,5P 207×2,2NH3×2,5H2O та їх віднесення. Наявність у молекулі синтезованої сполуки координованого аміаку доводять в її ІЧ спектрі смуги поглинання в інтервалі 1460-1390см -1, відсутні на ІЧ спектрах вихідних сполук. Присутність координованих молекул води та аміаку ідентифікується за смугами поглинання в області 3390-3120см-1 (валентні коливання) та 1640-1570см -1 (деформаційні коливання). Асиметричні і симетричні валентні коливання групи POP і ОРО у області 1260-700см-1 доводять присутність пірофосфатної групи. Таким чином, на ІЧ спектрі потрійного акваамінодифосфату міді(ІІ)-цинку-кадмій спостерігаються смуги поглинання, характерні для координованої молекули аміаку, що співпадає також із даними щодо складу речовин, одержаними за результатами їх хімічного аналізу. Рентгенофазовим аналізом синтезованих твердих акваамінодифосфатів міді(ІІ)-цинку-кадмію доведено, що вони є рентгеноаморфними. Таблиця 3 Частоти (см -1) максимумів смуг поглинання на ІЧ спектрах ви хідних Cu2P2O7×5H2O, Zn2P2 O7×5H2O та Cd2P2O 7× 5H2O і синтезованого Cu0,5Zn1,0Cd0,55P207×2,2NH3×2,5H2О Zn2Р2О 7×5Н2О Cu2P2O7×5H2O 3410-3140 с.ш. 3400-3100 с.ш. 3400-3090 с.ш. 1625 ср Cd2P2O7×5H2O 1600 ср. 1610 cp. 1087 с. 1012 с. 993 с. 1070 с. 1020 cл 980пл. 1080 c. 1025 cл 985пл. 942 c 942 c 940 c 600 с. 555 с. 520 с. 480 cp 600 c. 555 c. 525 c. 480 cp 600 c. 550 c. 525 c. 485 cp 1600 ср 460 cл Cu0,5Zn1,0Cd0,55P2 О7×2,2NH3×2,5H2О 3450-3120 с.ш. 1645 пл. 1610 ср. 1570 пл. 1450 пл. 1420 сл. 1385 пл. u (H2O), d as(NH3) 1225 ср. 1120 пл d S(NH3) 1075 пл. 1010 с. 990 пл. 730 cл. 675 пл. 600 ср 570 ср. 465 пл. 460 cл. 460 cл. Віднесення u (H2O), u as(NH3) d S(NH3) u as(P2O7) u as(P2O7) r r(NH3) u as(POP), [P2O 7] d as(OPO) d S(ОРО) Me-N Me-O c. - сильна; ср. - середня; сл. - слабка; ш. - широка інтенсивна смуга поглинання; пл. - плече.