Фумар қышқылымен акриламидтің негізінде алынған полиэлектролиттерді оқу үрдісіне енгізудің инновациялық әдісі

0

Қазіргі заманда жоғары оқу орындарында білім беру сапасын жақсартуда ғылыми тәжірибелік нәтижелерді оқыту үдерісіне кеңінен пайдаланудың инновациялық әістерін қолданудың маңызы зор. Өйткені білім беруде ғылыми зерттеу жұмыстарының нәтижелерін пайдалану келешек жас маманның қазіргі заманғы отандық білім мен ғылымды дамыту оны тұрмыстың, шаруашылықтың, өндірістің түйінді мәселелерін шешуге бейімдеу шеберлігін шыңдайды. Соның үшін білім беру үдерісінде білімгерлерді зертханаларда жұмыс жүргізуді сабақ және сабақтан тыс уақытында, сондай-ақ ғылыми үйірмелерде зерттеу жұмыстарын өзбетінше тәжірибелер қою, сол тәжірибелерден алынған нәтижелерді ғылыми тұрғыдан талдау, сараптауға дағдыландыруға қалыптастыру қажет.  Сол себепті ғылыми тақырыпты таңдауда органикалық, жоғары молекулалық қосылыстар, коллоидты химия сияқты кәсіптік пәндерден алған білім мен тәжірибелерін қолдануға қолайлылық жарату керек.

Сондай ғылыми тақырыптың бірі ретінде қанықпаған моно-, дикарбон қышқылдары және оның туындыларынан жаңа түрдегі полиэлектролиттер (ПЭ) алу олардың қасиеттерін зерттеу тұрмыста, шаруашылықта, өндірісте қолдану бағыттарын анықтаумен бірге тәжірибелер нәтижесінде байқалған кейбір құбылыстарды ғылыми теориялық, тәжірибелік тұрғыдан талдау, сараптау әдістерін оқу үдерісіне бейімдестіру инновациялық тәсілдерін табу мақсат етіп қойылды. Қойылған мәселені шешу үшін бастапқы қосылыстар ретінде фумар қышқылы (ФҚ) оны белгілі әдіспен [1] эфирлеу арқылы алынған фумар қышқылының диэтилэфирі (ФҚДЭ), акрил қышқылы (АҚ) және оның амиді болып есептелетін акриламид (АА) таңдалды. Бұл қосылыстарды яғни ФҚДЭ-ні тәжірибе жолымен анықталған оңтайлы 1,0 : 4,0 мольдік арақатынаста сулы ортада реакцияны бастап берушінің қатысында АҚ мен эмульсиялық сополимерлеу арқылы құрамында диссоциациялану қабілеті жоқ эфирлі функционалды тобы бар, сондай-ақ жеткілікті дәрежеде диссоциацияланушы карбоксид тобы бар құрамы төмендегідей болып келетін шартты түрде белгіленген ФҚДЭАҚ–3-H деп аталған ПЭ үлгісі синтезделіп, оны калий гидроксидімен рН=9,0 дейін бейтараптау арқылы ФҚДЭАҚ-3-К (1) алынды.

                                      ФҚДЭАҚ-3-Н                                                   ФҚДЭАҚ-3-К

                                          СООС2Н5                                                                 СООС2Н5                                                                                                      

                                           |                                                                                  |

  • ·· -­ СН2 —  СН  ­- … ­ — СН – СН — ­···        KOH          ···­  — СН2  –  СН  — ··· — СН – СН  ­- ···   (1)

                        |                           |                                                         |                         |

                       СООН                СООС2Н5                                        СООK              СООС2Н5

              Сонымен бірге ФҚ-ын АА-пен оңтайлы 1,0 : 4,0 мольдік арақатынаста рН көрсеткіші 8,0 тең болған сулы ортада реакцияны бастап беруші калий персульфатының (К2S2O3) қатысында сополимерлеу арқылы құрамы келесі формуладағыдай болатын тек белгілі рН аралығында әлсіз иондану қабілетіне ие болған амид, күшті ионданушы бір буынның өзінде екі карбоксид функционалды тобы бар шартты түрде белгіленген ФҚАА-3-К ПЭ үлгісі  (2) алынды. Осы кейінгі әдіспен алынған ФҚАА-3-К ПЭ үлгісін полимераналогиялық түрлендіру реакциясымен калий гидроксидінің (КОН) акриламидке 0,6:1,0 мольдік мөлшеріндегі қатысында гидролиздеу арқылы [2] ПЭ-тің макромолекуласы тізбегінің бойында бір уақыттың өзінде ФҚ, АА, АҚ буындары болып келетін ФҚААГ-3-К ПЭ үлгісіде (3) алынды. Осы әдістермен синтезделіп алынған ПЭ үлгілерінің қышқыл санын (Қ.С.), азот мөлшерін (N2) анықтаумен бірге олардың сулы ерітінділерінің қасиеттерін вискозиметрия, кондуктометрия, фотоэлектроколориметрия және рН метрия сияқты құрал-жабдықтарды пайдалану арқылы тұтқырлығының (h), электрөткізгіштігінің (c), оптикалық тығыздығының (Д), рН көрсеткішінің концентрацияға байланысты өзгеруі зерттелді.

ФҚАА-3-К

                                                    KOOC

                                                              |

          … — HC — CH  —  … — H2C  — CH — …     (2)

                                                                    |                              |

                COOK                   CОNН2    

Жүргізілген тәжірибе нәтижелері осы көрсетілген ПЭ үлгілерінің жоғарыдағы қасиеттері концентрацияға қарап өзгеруінде біршама ерекшеліктері болғанымен белгілі ПЭ-тік заңдылыққа бағынатыны байқалды (кесте).
ФҚААГ-3-К

                                     KOOC

                                              ½

          … — НС  —  СН — … — H2C  —  CH — … — H2C  —  CH — …     (3)

                                                      ½                           ½                           ½

                                                      COOK                 CONH2                COOK

Оған дәлел меншікті тұтқырлықтың (hменш), электрөткізгіштіктің (cменш) концентрация артуымен негізінен пропорционалды түрде өсуі. Ал келтірілген тұтқырлықпен (hкелт) электрөткізгіштіктің (cкелт) керісінше концентрация кемігенде артып аномальді өзгеріс көрсетуі. Сонымен қатар осы көрсеткіштер яғни тұтқырлықтың (h) ерітіндінің рН-на қарап белгілі рН аралығында ең жоғары сандық мәндер арқылы өтсе, ал электрөткізгіштігі (c) шамамен осы рН аралықтарында ең кем сандық мәнге ие болуы (сурет).

hкелт
cкелт

 Полиэлектролит үлгілері ерітінділерінің тұтқырлығы мен электрөткізгіштігінің

 рН ортаға байланысты өзгеруі

Сонымен бірге әлсіз, күшті қышқылды ортада бұл алынған ПЭ үлгілерінің ерітінділері гомогендік күйден біршама гетерогендік ерітінді түрге өтуі салдарынан оптикалық тығыздықтың өсуі тіпті уақыт өтуімен екі фазаға яғни дисперс фазамен дисперс ортаға ажырауының байқалуы. Бұл байқалған құбылыстар негізінен ПЭ макромолекуласының құрамындағы функционалды топтардың табиғатымен тізбектегі мольдік арақатынасымен сондай-ақ концентрациямен рН ортаға байланысты диссоциациялануының өзгеруі себепті болатындығын түсіну қиын емес. Осы өзгерістердің салдарынан макромолекуланың конформациялық күйініңде өзгеретіндігі тіпті сол себепті олардың гидрофильді, гидрофопты тепе-теңдігінің бұзылуы нәтижесінде ПЭ макромолекуласының тұнбаға айналып ерітіндіден ажырап шығу құбылысыныңда орын алатындығы байқалады.

Полиэлектролит үлгілері ерітінділерінің кейбір физикалық, коллоидты-

химиялық қасиеттерінің  концентрацияға байланысты өзгеруі

С,

г/дл

hменш hкелт æменш 10-4

Ом-1х см-1

æкелт Д рН СТТ

 

ТТҚ

ТҚМ

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
ФҚАА-3-К
1 0,010 0,1591 15,91 0,29 29,00 0,00 6,75 16,35 15,11 0,612
2 0,025 0,9177 12,71 0,60 24,00 0,00 6,95 27,05 9,78 0,924
3 0,050 0,6006 12,01 1,10 22,00 0,00 6,90 38,25 6,34 1,307
4 0,100 1,0869 10,87 2,00 20,00 0,00 7,15 52,25 3,78 1,914
5 0,250 2,3896 9,56 4,30 17,20 0,00 7,40 58,60 1,86 4,266
6 0,500 4,6020 9,21 8,35 16,70 0,00 7,35 71,25 1,00 7,017
ФҚААГ-3-К
1 0,010 0,4969 49,69 1,86 186,0 0,00 7,35 37,75 17,27 0,265
2 0,025 1,0000 40,00 3,45 138,0 0,00 7,68 49,90 9,71 0,501
3 0,050 1,7028 34,06 6,10 122,0 0,00 7,95 67,40 6,47 0,742
4 0,100 2,8464 28,46 11,40 114,0 0,00 8,20 78,80 3,68 1,269
5 0,250 6,5079 22,00 14,85 59,40 0,00 8,65 90,80 1,91 2,753
6 0,500 11,465 22,93 28,75 57,50 0,00 8,85 96,80 1,00 5,165
ФҚДЭАҚ-3
1 0,010 0,095 9,50 0,50 1,72 0,00 7,45 14,50 10,01 0,689
2 0,025 0,167 6,70 0,90 1,24 0,00 7,70 20,80 5,74 1,202
3 0,050 0,245 4,90 1,70 1,17 0,01 7,96 32,15 4,44 1,555
4 0,100 0,382 3,82 3,22 1,11 0,05 8,20 43,60 3,01 2,293
5 0,250 0,660 2,64 5,69 1,06 0,18 8,65 58,30 1,61 4,288
6 0,500 1,020 2,04 10,50 1,00 0,30 8,85 72,45 1,00 6,901

Өткізілген тәжірибелер нәтижесіндегі құбылыстармен оны талдау, сараптау негізінде жасалған тұжырымдардың дұрыстығын осы ПЭ үлгілерінің әртүрлі концентрациялы сондай-ақ рН көрсеткішті ерітінділерінің қатысында құрылымсыз топырақтың суға төзімді түйіршіктелген мөлшерінің өзгеруін анықтау арқылыда көз жеткізуге болатындығын, сонымен бірге осы құбылыстар арасындағы байланыстарды ғылыми теориялық тұрғыдан түсіндірумен қатар тәжірибелік тұрғыдан олардың тұрмыста, шаруашылықта, өндірісте қолданылуының маңызы туралы мағлұмат алу мүмкіндігін көрсетеді. Зертханалық тәжірибелер нәтижелері синтезделіп алынған ПЭ-тер қатысында топырақтың суға төзімді түйіршіктерінің (СТТ) массасы концентрация өсуімен артып баратындығын көрсеткенімен белгілі [3] теңдеумен есептеліп табылған түйіршік түзу қабілетін (ТТҚ) сипаттаушы сандық мәндердің концентрация кемігенде өсетіндігін,  ал берілген теңдеумен есептелген түйіршік түзуге қажетті мөлшердің (ТҚМ) сандық мәндерінің кемитіндігін байқатады. Оның себебін жоғарыда көрсетілген макромолекуланың конформациялық күйінің өзгеруін келтіріп шығарушы құбылыстармен байланысты екендігімен түсіндіріледі.

ТҚМ = К×Сзерт / mстт;      (4)

Мұндағы: ТҚМ- ПЭ-тің бірдей топырақ массасын (грамм бойынша) түйіршіктеуге қажетті мөлшері; К-топырақ массасы; Сзерт— зерттелген концентрация; mстт-түйіршіктелген масса.

Өйткені ПЭ ерітінділерінің концентрациясы кеміген сайын ерітіндінің ион күшінің азайуының салдарынан макромолекула тізбегінің бойында топырақтың майда бөлшектерімен әрекеттесу қабілеті жоғары болған белсенді еркін функционалды топтардың салыстырмалы түрде алғанда саны артады. Сол себепті ПЭ үлгілерінің топырақты түйіршіктеу қабілеті күшейеді. Осы тұжырымдама арқылы көрсетілген заңдылықтың ғылыми тұрғыда дұрыстығын ПЭ үлгілерінің СТТ түзу қабілетінің ерітінді рН ортасына  байланысты зерттегендеде сақталатындығын аңғаруға болады. Сондықтанда қосылған ПЭ үлгілерінің ең жоғары түйіршіктеуші қабілеті әлсіз қышқыл, бейтарап және әлсіз сілтілі рН ортада  байқалатындығын, оны осы рН аралығында ерітіндінің ион күшінің ең кем болатындығынан электрөткізгіштіктің сандық мәнінің ең азына тұтқырлықтың ең жоғары сандық мәнінің тура келуі арқылы түсіндіріледі. Бұл рН аралығында ерітіндінің концентрациясы аз болуындағы сияқты макромолекуланың конформациялық күйінің жазылған түрде болуы [4] олардың макромолекуласының бойында орналасқан еркін белсенді топтардың артуымен түйіршік түзу қабілетінің өсуі қамтамасыз етілуімен ғана байланысты болмастан осы макромолекуланың жазылған түрде болатындығынан оның ұзындық өлшемінің артуына нәтижеде макромолекуланың топырақ майда бөлшектерінің арасында көпірше түзу қасиетініңде көбейетіндігін келтіріп шығаруының салдарынан болатындығын түсіну қиын емес. Осы нақтыланған тәжірибелер нәтижелерімен заңдылықтардың тұрмыстың, өндірістің, шаруашылықтың әсіресе ауылшаруашылығының негізгі экономикалық көзі болып есептелетін топырақтың құрылымдық құрамын реттеудегі, сондай-ақ қоршаған ортаның экологиялық күйіне кері әсерін азайтудағы маңыздарын анықтау жолдарын табудағы орнын нақтылау. Сонымен бірге  бұл көрсетілген заңдылықтармен тұжырымдамалардың жоғары оқу орындарында химия, бейорганикалық заттардың химиясымен технологиясы, агрохимия, агрономия салалары бойынша дайындалатын бакалавр, магистрлердің ғылыми ой-өрісімен білім деңгейін арттырудағы ролін анықтау аса маңызды түйінді мәселе екендігіне баса назар аудару керек.

Әдебиеттер

  1. Асанов А., Мамешова С.А. Топырақтың құрылымдық құрамын жақсартуда қолданылатын биологиялық үйлесімді полиэлектролит – түйіршіктегіштер алу әдістері. «VI Сәтбаев оқулары» атты республикалық ғылыми конференция материалдары, «Жас ғалым» сериясы, 5 том, Павлодар 2006, 36-41 беттер.
  2. Асанов А., Мамешова С.А. Қанықпаған a, b — моно-, дикарбон қышқылдарының негізінде биологиялық үйлесімді, экологиялық қауіпсіз топырақ түйіршіктегіштері. «Қазіргі Қазақстанның инновациялық даму және ғылымның қажеттілігі» атты Республикалық ғылыми-практикалық конференциясының мақалалар жинағы (4 бөлім) Химия ғылымдары, Алматы 2007, 141-145 беттер.
  3. Асанов А.А., Сарыбаева Ж.Х. Полиметакрил қышқылының қасиеттеріне алыну әдісінің әсері. Ж. М.Х. Дулати атындағы ТарМУ хабаршысы, Тараз 2003.№1(9). 195-199 беттер.
  4. Ахмедов К.С., Асанов А.А. и др. «Устоичивость и структурообразование дисперсных системах». Ташкент: ФАН, 1969.-С.2,76.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ