Dimetil-ammónium-dodekavolframát és savanyú sójának előállítása és jellemzése

Majzik Eszter, MSc II. évf.

Témavezetők: Dr. Kótai László tudományos főmunkatárs

MTA TTK Anyag- és Környezetkémiai Intézet

Dr. Szilágyi Imre Miklós egyetemi docens

BME Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék

A polivolframát sók számos heterogén és homogén fázisú reakció gyakorlati értékkel bíró (elektro)katalizátorai és ezen tulajdonságaikon alapuló felhasználásuk napjainkban is intenzíven kutatott terület. Munkám során monoklin volfrám-trioxid (m WO3) és dimetil-amin (DMA) 40%-os vizes oldatának reakciójában két új dimetil ammónium-dodekavolframát sót, a (Me2NH2)10[H2W12O42]·2,5H2O-t (1) és a [Me2NH2]6[H3O]4[H2W12O42]·2H2O-t (2) állítottam elő. A reakció során a m-WO3 feloldódik a DMA oldatban, és a DMA lúgos kémhatása miatt elsődlegesen volframát ionok (WO42 ) keletkeznek. A feldolgozás során a rendszerből távozó DMA fölösleg pH csökkenést okoz, és a WO42 -ionok kondenzálódnak, izopolivolframátok képződnek, amelyek a pH, a hőmérséklet, koncentráció és egyéb tényezők függvényében egymással egyensúlyt képező rendszerek, és amelyek közül az oldhatósági viszonyok miatt a dodekavolframát-ion ([H2W12O42]10-) dimetil ammónium (Me2NH2+) sója válik ki (1).

A keletkező (1) vegyület összetételét, szerkezetét és víztartalmát különböző analitikai módszerekkel vizsgáltam: CHN elemanalízis, Raman és FT IR spektroszkópia, por és egykristály röntgendiffrakció (XRD), szilárdfázisú 13C és 14N NMR valamint TG-DTA/MS. Deuterálást követően folyadékfázisú 1H NMR spektroszkópiás módszert használtam az (1) vegyület víztartalmának pontos meghatározásához. Megkíséreltem egykristályok növesztését is az (1) vegyületből 96%-os etanolból, víz-dioxán elegyből és deuterált vízből is a kristály- és molekulaszerkezet felderítése érdekében. A szobahőmérsékleten végzett lassú bepárlás során azonban a dodekavolfrámsav savanyú sója képződött (2), amely érdekessége, hogy a polivolframát ionok ellenionja egyszerre két különböző ónium kation, egyrészről a Me2NH2+-ion, másrészről az oxónium-ion.

A (2) vegyület vizet tartalmazó oldatában kialakuló disszociációs egyensúlyban és a DMA és Me2NH2+-ion egyensúlyából a vízzel szemben nagyobb gőznyomással bíró DMA távozása miatt az oldatban megnövekedett H+ koncentráció nem pH csökkenést okoz, hanem beépülve a kiváló csapadékba savanyú sót képez, és így a [H2W12O42]10--ion nem kondenzálódik más volframát származékokká.

Mind az (1) mind a (2) vegyület új, triklin szerkezetű, a rácsállandókat porröntgen vizsgálatokkal állapítottuk meg. Az (1) vegyület kristályvíztartalma 2,5-nek adódott. Az FT IR és Raman vizsgálatok megerősítették a [H2W12O42]10--ion jelenlétét, és azt, hogy a Me2NH2+ ionok hidrogénkötést képeznek a polivolframát anionokkal. A szilárdfázisú 13C és 14N NMR vizsgálatok arra mutattak rá, hogy többféle kémiai illetve krisztallográfiai környezetben helyezkednek el a Me2NH2+ ionok. A (2) vegyület egykristály röntgendiffrakciós vizsgálatával a szerkezetét megfejtettük, a kötéstávolságokat valamint a kationok, anionok és a kristályvíztartalom kristályon belüli elrendeződését meghatároztuk.

szerző

Majzik Eszter
Vegyészmérnöki mesterképzési szak, nappali MSc
mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

Dr. Szilágyi Imre Miklós
egyetemi docens, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék

helyezés

II. helyezett