CC BY
10
№ 4 (109)
А1
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
апрель, 2023 г.
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРОВ ДВУОКИСИ СЕЛЕНА
В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ
Наубеев Темирбек Хасетуллаевич
канд. хим. наук, доц., зав. кафедрой «Технология нефти и газа», Каракалпакского государственного университета, Республика Узбекистан, г. Нукус
Атауллаев Шерзод Набиуллаевич
канд. техн. наук., зав. кафедрой «Технология переработки нефти» Бухарского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г. Бухара
Сафаров Бахри Жумаевич
канд. техн. наук., доц. кафедры «Технология переработки нефти» Бухарского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г. Бухара E-mail: safarov. [email protected]
Сейдабуллаев Батырбай Бахытбай улы
магистр
Каракалпакского государственного университета Республика Узбекистан, г. Нукус
Нуриддинов Нурсаид Нурниязович
магистр
Каракалпакского государственного университета Республика Узбекистан, г. Нукус
RHEOLOGICAL STUDY OF SELENIUM DIOXIDE SOLUTIONS INSULFURIC ACID
Temirbek Naubeev
Cand. Chem. Sciences, Associate Professor, Head of the Department "Technology of oil and gas", Karakalpak State University, Republic of Uzbekistan, Nukus
Sherzod Ataullayev
Candidate of Technical Sciences, head of the Department of Oil Refining Technology, Bukhara Engineering Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Bukhara
Baxri Safarov
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Oil Refining Technology, Bukhara Engineering Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Bukhara
Batirbay Seydullayev
Master
of Karakalpak State University, Republic of Uzbekistan, Nukus
Nursaid Nuriddinov
Master
of Karakalpak State University, Republic of Uzbekistan, Nukus
Библиографическое описание: РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРОВ ДВУОКИСИ СЕЛЕНА В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Наубеев Т.Х. [и др.]. 2023. 4(109). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/153 75
№ 4 (109)
А1
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
апрель, 2023 г.
АННОТАЦИЯ
В данной работе исследовалось вязкость растворов двуокиси селена в серной кислоте. Так как полученные результаты показывает что, имеет максимум при 85% H2SO4 и минимум при 96.5%, а относительная вязкость проходит через максимум при 85% H2SO4.
ABSTRACT
In this work, the viscosity of solutions of selenium dioxide in sulfuric acid was studied. Since the results obtained show that, has a maximum at 85% H2SO4 and a minimum at 96.5%, and the relative viscosity passes through a maximum at 85% H2SO4.
Ключевая слова: селен, серная кислота, раствор, физико-химические свойства, мольный объем, концентрация, гидроселенитбисульфат, бисульфат-ион, дегидрация.
Keywords: selenium, sulfuric acid, solution, physicochemical properties, molar volume, concentration, hydroselenite bisulfate, bisulfate ion, dehydration.
В практике извлечения селена при производстве серной кислоты из селенсодержащего сырья приходится иметь дело с растворами двуокиси селена в серной кислоте, которой проводят промывку обжиговых сернистых газов для очистки их от вредных примесей, одной из которых и является двуокись селена [1].
Однако, несмотря на традиционное технологическое использование растворов двуокиси селена в серной кислоте, физико-химические свойства этих растворов изучены недостаточно полно, и ряд особенностей этих растворов, например прекращение восстановления двуокиси селена сернистым ангидридом при повышении концентрации серной кислоты до 85% [2] или неустойчивость закисных соединений селена в слабой серной кислоте [3], не получил убедительного объяснения.
В связи с этим в настоящем сообщении обсуждаются результаты реологических исследований растворов двуокиси селена в серной кислоте и на их основе предпринимается попытка структурного описания соединений двуокиси селена с серной кислотой, образующихся в этих растворах.
Опыты по измерению вязкости растворов проводились с помощью термостатированного при 25±0.5° вискозиметра типа ВПЖ-2, плотность измерялась пикнометрически при той же температуре. Концентрация серной кислоты в растворах изменялась
в интервале от 0 до 99.3%, содержание двуокиси селена в пробах, приготовленных из дважды сублимированных кристаллов 8е02, изменялось от 0.1 до 1.4 моль 8е02/1000 г кислоты.
Зависимость плотности растворов двуокиси селена от концентрации последней в серной кислоте выражается при 25° прямыми линиями в координатах у$ео-1 = тБе02 причем плотность растворов возрастает с ростом концентрации двуокиси селена. Совместная обработка семейства таких прямых, полученных при различных значениях начальной копцентрации серной кислоты, показала, что плотность растворов двуокиси селена серной кислоте удовлетворительно описывается общим уравнением Узе02 = Ун2Б04 11+Узв02 .(0.0866-0.00036 СН2Б04)] где УБеОъ-плотность раствора двуокиси селена (г/см3) У2бо4 -плотность исходной серной кислоты (г/см3), т5е02,-моляльность раствора двуокиси селена (г-моль Se02/1000г ^804), Сн^04-концентрация исходной серной кислоты (вес.%).
Расчет мольного объема двуокиси селена, проведенный из данных по плотности растворов показал, что этот объем плавно увеличивается от 22.5 до 28.3 см3/моль с ростом концентрации серной кислоты от 0 до 65%; дальнейшее увеличение концентрации практически не сказывается на изменении мольного объема двуокиси селена (рис-1).
В - концентрация компонентов серной кислоты (моль/л). а-общее содержание молекул серной кислоты, содержание недиссоциированных молекул серной кислоты, в-содержание молекул Н2804Н20
Рисунок 1. Изменение вязкости т (сП) 1.4 трастворов двуокиси селена (2) и серной кислоты (1) в зависимости от концентрации серной кислоты С (вес.%)
я
№ 4 (109)
AunI
/Ш. ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
апрель, 2023 г.
На pиc. 1 пунктирными линиями нанесено изменение молекулярного состава серной кислоты в ее растворах с которым по нашему мнению могут быть связаны аномалии вязкости серной кислоты в интервале концентрации oт 85 до 95%. Если принять кристаллический объем двуокиси селена равный 28.2 см3/моль то следует предположить, что «сжатие» молекулы двуокиси селена в слабых растворах серной кислоты связано с вхождением ее в молекулу селенистой кислоты, в которой мольный объем двуокиси селена составляет 42.9-18=24.9 см3/моль где 42.9 и 18 см 3/моль - эффективные мольные объемы селенистой кислоты и воды согласно по литературе [4] соответственно. При концентрациях серной кислоты выше 65%, как следует из денсимет-рических исследований, молекула двуокиси селена не сольватирована.
Зависимость вязкости растворов двуокиси селена от концентрации последней выражается при 25° также прямыми линиями в координатах %е02 = тн^02, причем вязкость растворов возрастает с ростом концентрации двуокиси селена. Как показывает выше указанных литератур, прямолинейная зависимость вязкости от концентрации двуокиси селена сохраняется до 1.5-1.6 ш5е02 Значения вязкости 1.4 т растворов двуокиси селена в зависимости от концентрации серной кислоты приводятся на рис. 1. Для сравнения
на этом же рисунке изображено изменение вязкости самой серной кислоты в зависимости от ее концентрации.
Анализируя ход кривых вязкости растворов двуокиси селена и вязкости растворителя (серной кислоты), можно сделать вывод о симбатном изменении вязкости их с ростом концентрации серной кислоты. До 85% Н28С4 вязкость растворов двуокиси селена, как следует из рис. 1 (кривая 2), возрастает, то же происходит и с вязкостью самой серной кислоты (кривая 1). Затем с ростом концентрации серной кислоты с 85 до 96.5% происходит снижение вязкости растворов двуокиси селена, это же явление наблюдается и для чистого растворителя в интервале концентраций 85-95% Н28С4. Затем в обоих случаях следует повышение вязкости вплоть до концентрации серной кислоты, равной 100%.
Повышение вязкости серной кислоты при уменьшении концентрации связано, начиная с 95% Н28С4 с образованием в растворе более крупных молекул Н28С4 Н2О (НзС+ Н8С4-), максимальное содержание которых приходится на раствор, содержащий 84.3 % Н28С4. При этой же концентрации в растворе исчезают молекулы недиссоциированной серной кислоты, и дальнейшее плавное снижение вязкости с уменьшением концентрации серной кислоты ниже 84.3 % происходит в условиях уменьшения молекул гидрата и общего разбавления раствора водой.
Рисунок 2. Изменение относительной вязкости ц/цо-1 растворов двуокиси селена (1), мольного объема В (см3/моль) частиц, содержащих двуокись селена (2), и степени разложения а (доли ед.) HзSeOз•HSO4 (3) в зависимости от концентрации серной кислоты С (Вес. %)
Изменение относительной вязкости (п/По-1) растворов двуокиси селена в серной кислоте от концентрации последней приводится, на рис.2. Как видно из этого рисунка, значения относительной вязкости проходят через максимум, обнаруживаемый при 85% Н28С4. При росте концентрации серной кислоты от 0 до 85% относительная вязкость увеличивается, выше 85% - она снижается, оставаясь затем фактически постоянной для серной кислоты с концентрацией выше 98%.
Расчет мольного объема частиц, вызывающих изменение вязкости растворителя, в соответствии с объединенным уравнением Джонса -Дола и
Эйнштейна V=( п/По-1)/2.5 С, где С-концентрация двуокиси селена (моль/л), п и По-вязкость раствора и растворителя соответственно, приведен в виде кривой 2 на рис. 2.
Анализ зависимости мольного объема частиц, в которые входит двуокись селена, от концентрации серной кислоты позволяет сделать вывод о том, что во всем интервале концентраций серной кислоты с реологической точки зрения приходится иметь дело по крайней мере с тремя типами частиц. С частицами, имеющими мольный объем 42.9 см3/моль и существующими в слабых растворах; с частицами,
№ 4 (109)
A UNÍ
/Ш. ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
апрель, 2023 г.
обладающими при 85% Ш804 мольным объемом 97 см3/моль, и с частицами, имеющими при концентрации серной кислоты выше 98% мольный объем 28.2 см3/моль. Причем первая и третья частицы, как было отмечено выше, представляют собой молекулы Ы28е03 и 8е02 или ионы Ы38е03 и Ы8е02 В интервалах концентраций серной кислоты от 0 до 85 и от 85 до 98%, где происходит увеличение относительной вязкости по мере приближения к 85% Н2804, растворах, очевидно, представлена смесь частиц Ш8е03 с частицами, имеющими мольный объём 97 см3/моль, и смесь этих последних частиц с частицами SeО2. Логично частицу с мольным объемом, равным 97 см3/моль, по аналогии с гидратом серной кислоты представить как молекулу 8е02 Ы2804 Ы20 (Ы38е3+ Ы804-), причем мольный объеме серной кислоты, равном 54 см3/моль, составит 42.9+54=96.9 см3/моль.
На рис. 2 (кривая 3) изображено изменение степени перехода частицы Щ8е03Ш04 в другие формы: ниже 85% Н2804 - в селенистую кислоту (Ы38е03+) выше 85% Н2804 протонированную окись селена (Ыве02+). В связи с этим превращения двуокиси селена в зависимости от изменения концентрации серной кислоты можно представить следующими схемами.
При концентрации серной кислоты ниже 85 %
Ы38е03 Ы804 ^ Ш8е03++ Ы804-
При концентрации выше 85 % Ы38е03Ы804+Ы2804^Ы8е02++Ы30++2Ы804-.
Причем начиная с 60-70% в соответствии с ден-симетрическими измерениями молекула воды в гидроселенитбисульфате (Ы38е03Ш04) в значительной степени стянута в сторону бисульфат-иона, а после 85% Н2804 появляющиеся молекулы недис-социированной серной кислоты начинают отбирать воду от гидроселенитбисульфата, протонируя двуокись селена. Последний процесс можно представить также идущим через ряд последовательных промежуточных стадий:
2Ы38е03+^Н38е205+^Нзе204+^2Нзе02+.
При этом следует отметить, что ионы протониро-ванного биди-оксида и протонированной двуокиси селена были обнаружены при криоскопических исследованиях растворов двуокиси селена в серной кислоте, существование же пироселенит-иона пока не подтверждено [5].
Вывод. Расчет мольных объемов частиц, увеличивающих вязкость растворов, показал, что в растворе присутствуют по крайней мере три типа частиц, включающих в себя двуокись селена: Н38е03+, Ы38е03-Ш04 и Ше02+. Причем в районе максимума относительной вязкости, т. Е. при 85% Н2804, присутствуют только наиболее крупные частицы гидро-селенитбисульфата. По мере снижения концентрации серной кислоты это соединение постепенно разлагается до селенистой кислоты, а по мере ее закрепления от 85% до 98% происходит его дегидрация до протонированной двуокиси селена.
Список литературы:
1. В.В. Вапиров, М.Э. Шубина, Н.В. Вапирова [и др.]. - Петрозаводск: ПетрГУ, 2000. - 68 с.
2. Гмошинский И.В. Микроэлемент селен: роль в процессах жизнедеятельности / И.В. Гмошинский, В.К. Мазо, В.А. Тутельян, С.А. Хотимченко // Экология моря. - 2000. - № 54. - С. 5-19.
3. Решетняк Л.А. Селен и здоровье человека (обзор литературы) / Л.А. Решетняк, Е.О. Парфенова // Экология моря. - 2000. - № 59. - С. 20-25.
4. Громова О.А. Селен - впечатляющие итоги и перспективы применения / О.А. Громова, И.В. Гоголева // Медицина неотложных состояний. - 2010. - № 6 (31). - С. 124-128.
5. Zhaung J.S. Biological effects on nano red elemental selenium / J.S. Zhaung // Biofactors. - 2001. - Vol. 15. - 27-38.
