استخلاص سائل – سائل لأيونات السيريوم ) III ( الغادولينيوم ) III ) والثوليوم ) III ( باستخدام كواشف ا زو جديدة وتطبيقاتها التحليلية

اطروحة دكتوراه

اسم الباحث : سعاد تركي عبد العباس

اسم المشرف : الاستاذ الدكتور علاء فراك حسين

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية العلوم

الاختصاص : علوم الكيمياء

سنة نشر البحث : 2024

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

تضمنت الدراسة محورين اساسين تضمن المحور الأول: تحضير وتشخيص كاشفين ازو جديدة الكاشف الأول
3 ( – 4 -ثنائي مثيل امينو( فينيل( ديازينيل( – 2 – هيدروكسي – 5 – سالفو حامض البنزويك وذلك من ازواج ملح
الديازونيوم للمركب ثنائي مثيل بنزين 1 – 4 ثنائي امين ثنائي حامض الهيدروكلوريك مع مركب 2 -هيدروكسي
– 5 -سالفوحامض البنزوي ك ثنائي الماء حيث كان الكاشف عبارة عن مركب بلوري اخضر)زيتوني( اللون وزنه
الجزئي ) 365.360 ( غم مول- 1 ودرجة انصهاره ) 183 – 185 ( درجة مئوية.
اما الكاشف الثاني 3 ( – 2 -هيدروكسي – 4 -مثيل فينيل( ديازينيل( بينتا – 2 – 4 – دايون حضر من ازواج ملح
الديازونيوم للمركب 2 -امين و- 5 -مثيل فينول مع مركب بينتا 2 – 4 -دايون بعد معاملته مع هيدروكسيد الصوديوم
وقليل من كحول الايثانول حيث تم الحصول على مركب الكاشف البلوري البرتقالي المحمر ذو الوزن الجزيئي
( 234 ( غم مول- 1 ودرجة انصهار ) 193 – 194 ( درجة مئوية.
تم تشخيص الكاشفين الجديدين المحضرين باستخدام طرق التحليل الطيفي منها مطيافية الاشعة فوق البنفسجية
– المرئية ومطيافية الاشعة تحت الحمراء ومطيافية الرنين النووي المغناطيسي لنظيري الهيدروجين والكاربون
وأخيرا تقنية طيف الكتلة.
اما المحور الثاني فقد تضمن دراسة استخلاص سائل – سائل لعناصر اللانثانا ت النادرة وهي السيريوم
الجادلينيوم والثوليوم الثلاثية باستخدام الكاشفين المحضرين وذلك بتكوين مركبات معقدة ذائبة في الطور
العضوي ومن اجل التوصل الى أفضل قيم لنسب التوزيع وبالتالي نسبة الاستخلاص تم دراسة مجموعة من
العوامل أهمها وأكثرها تأثيرا:
الدالة الحامضية حيث تبين من خلال النتائج التي تم التوصل اليها ان الدالة الحامضية الفضلى لاستخلاص
العناصر قيد الدراسة مع الكاشفين هي ) 6,2,1 ( و ) 3,7,6 ( كلا على حده وعلى التوالي وان أفضل زمن لاتزان
عملية استخلاص العناصر قيد الدراسة كانت ) 30,20,40 ( دقيقة و ) 15,30,20 ( دقيقة مع الكاشفين وان
الكلوروفورم والتلوين من أفضل المذيبات المستخدمة لاستخلاص العناصر، كما ان قيم نسب التوزيع تزداد
بزيادة تراكيز العناصر وكذلك بزيادة تركيز الكواشف العضوية المستخدمة.
لقد لوحظ ان لعامل الحرارة تأثيرا سلبيا على قيم نسب التوزيع لجميع العناصر السيريوم والجادلينيوم والثوليوم
الثلاثية مع كلا الكاشفين مما يعني ان التفاعلات باعثة للحرارة ومن دراسة هذا العامل امكن حساب عدد من
الدوال الثرموديناميكية )الانثالبي والتلقائية والعشوائية ( كلا على حده وبدرجات حرارية مختلفة .كما تم دراسة
تأثير بعض الكاتيونات والانيونات الشائعة كمتداخلات عند استخلاص العناصر النادرة وأوضحت الدراسة ان
لوجود تراكيز متباينة من الكاتيونات تأثيرا على قيم نسب التوزيع والاستخلاص في حين يكون للانيونات تأثير
متباين في هذه القيم مع كلا الكاشفين .
كما تمت دراسة تأثي ر عملية التمليح على الاستخلاص العناصر بإضافة محلول ملح كلوريد الامونيوم وتبين من
خلال النتائج ان قيم نسب التوزيع لاتتاثر وكذلك لا تتاثر قيم نسب التوزيع عند دراسة تأثير وجود عوامل الأكسدة
والاختزال حيث تم استخلاص العناصر قيد الدراسة بواسطة الكاشفين بإضافة بيروكسيد الهيدروجين وكذلك
كلوري د القصدير كلا على حده.
في حين تقل كفاءة الاستخلاص لجميع العناصر قيد الدراسة مع كلا الكاشفين عند استخدام حجوم كبيرة من
الطور المائي مع حجم ثابت وصغير من الطور العضوي )تقنية التركيز الحجمي(.
أوضحت نتائج ودراسة تعيين تكافؤية المعقدات المستخلصة للطور العضوي بطريقة المتغيرات المستمرة
)جوب( وطريقة النسب المولية ان نسبة كلا الكاشفين الى العناصر قيد الدراسة هي ) 1:3 ( للمعقدات المستخلصة.
كما تم حساب قيم ثابت الاستقرار للمعقدات المستخلصة وكذلك تم تثبت عدد من الصفات الفيزيائية للمعقدات بعد
تحضيرها على شكل معقدات صلبة.
تم تشخيص المعقدات بمطيافية الاشعة المرئية -فوق البنفسجية حيث تم تثبيت قيمة الامتصاص الأعظم لكل معقد
ومقارنته مع قيم الامتصاص الأعظم الخاصة بالكواشف المحضرة ولوحظ وجود ازاحة طيفية نحو الطول
الموجي الأعظم، درست أيضا أطياف الاشعة تحت الحمراء لجميع المعقدات المحضرة ومقارنتها مع أطياف
الكواشف للتأكد من حصول التناسق وتكوين المعقد المخلبي.
لأجراء تطبيقات لدراسة الاستخلاص باستخدام الكاشفين المحضرين تم استخدام نموذجين من مسحوق صخرة
الدمامن كرانيت المتواجدة في شمال العراق حيث يحوي النموذج ين على عنصر السيريوم الثلاثي بتراكيز مختلفة
( 115 , 99 ( ميكروغرام لكل غرام وبينت النتائج ان الكواشف أعطت نتائج جيدة في هذه الدراسة.
وتم أخيرا دراسة إمكانية الفصل التتابعي لمزيج عناصر اللانثانات السيريوم والكادلينيوم والثوليوم عن بعضها
البعض باستخدام الكاشفين المحضرين ومن خلال التحكم بظروف الفصل وهي الدالة الحامضية وزمن التفاعل
حيث أظهرت النتائج إمكانية الفصل بنسب متفاوتة وتم اقتراح مخطط لهذه الدراسة.

Liquid-Liquid Extraction of Cerium (III), Gadolinium (III) and Thulium (III) Ions Using New Azo Reagent and Analytical Applicatio

abstract

In this study, a new azo derivatives 3-(4-(dimethylamino) phenyl)diazenyl) -2-hydroxy-5-sulfobenzoicacid(DPDBA) and 3-(2-hydroxy-4-methylphenyl)diazenyl) pentane-2,4-dione (HMPDP) have been prepared from react of diazonium salt pairs of the (N1, N1-dimethylbenzene-1,4-diamine dihydrochloride) with 2-hydroxy-5-sulfobenzoic acid dihydrate and from react of diazonium salt pairs of the 2-amino-5-methylphenol with pentane-2,4-dione , respectively .
The reagent (DPDBA) has a structure formula (C15H15N3O6S) , (green-yellow) color powder, molecular weight (365.360g/mol ), The reagent melts (183-185°C) , the reagent has maximum wavelength (λmax=406nm).While the reagent (HMPDP) has a structure formula (C12H14N2O3) , a reddish orange color powder, the reagent molecular weight (234.260g/mol). The reagent melts at (193-194°C) , the reagent has maximum wavelength (λmax=440nm).
The reagents (DPDBA) and (HMPDP) diagnosed by spectroscopic methods such as UV-Vis., FT-IR, 1HNMR , 13CNMR and Mass spectrometry.
The process of extracting liquid-liquid for Cerium (III), Gadolinium (III) and Thulium (III)ions, separately, with new azo reagents and investigate the feasibility of sequentially separating the extracted ions.
A study was conducted to demonstrate the impact of different variables on the distribution ratio (D) and the extraction percentage (%E).
The optimum pH for the extraction of Cerium (III), Gadolinium (III) and Thulium (III)ions with (DPDBA) was (6,2,1) and it was (3,7,6) with (HMPDP) reagent, separately and respectively. The best time for equilibrium was (30,20,40) minutes for Cerium (III), Gadolinium (III) and Thulium (III)ions with (DPDBA) ,While these period were (15,30,20) minutes for Cerium (III), Gadolinium (III) and Thulium
II
(III)ions with (HMPDP),respectively, The results demonstrated that the most effective extraction solvents were chloroform and toluene.
The effect of the interfering compound on extraction processes was determining by using cations and anions. The findings showed that the presence of varied cations and anions concentrations caused changes in (D) and (%E) values.
Additionally, the impact of oxidizing and reducing agents was investigated. According to the study findings the use of oxidizing and reducing agents had little effect on the (D) and (%E) percentages.
The (D) and (%E) values fall as a result of the enrichment extraction process, The findings show that a desirable (aqueous/organic) phase ratio was (1:1) in this investigation. This is demonstrated by the significant increase in separation efficiency and distribution ratio of Cerium (III), Gadolinium (III) and Thulium (III)ions when phase ratio (aq./org.) changed from (30:5) to (5:5) for ions under study.
The results also showed that (D) and (E %) values augmented with the increase of the concentration of Cerium (III), Gadolinium (III) and Thulium (III) ions by using the optimum concentration from reagents (DPDBA) and (HMPDP) ,
The impact of temperature, on the values of (D) for Cerium (III), Gadolinium (III) and Thulium (III)ions was determined by using the reagents (DPDBA) and (HMPDP), The result showed the lowering for (%E) by raising the temperature.
The reactions between the ions under the study and reagents were exothermic, according to calculations of the thermodynamic functions (ΔS, ΔG, ΔH), (ΔH= – 41.193, – 51.226, – 19.224) kJ/mol with (DPDBA) and (ΔH= – 48.6930, -55.218, – 35.729) kJ/mol, respectively.
III
The effect on the values of D and (%E) was determined by using ammonium chloride as “salting out’. The study showed that (D) and (E %) values for these ions was slightly effect.
The batch extraction technique used to enhance the extraction efficiency but the results showed that this technique not effected.
The study of the stoichiometry of the extracted complexes by using two methods mole ratio and Job’s (continues change). The results showed that the ratio of Cerium (III), Gadolinium (III) and Thulium (III) ions, with reagents was (1:3).
The study was applied geologically on two samples of the granite rock, where the two samples contain the cerium ion in different concentrations, after preparing the samples and applying the extraction process with the prepared organic reagents and fixing the study conditions, close results were obtained from the proven real results.
Finally, the possibility of sequential separation of the mixture of Cerium (III), Gadolinium (III) and Thulium (III) lanthanum ions from each other was studied using the two prepared reagents and by controlling the separation conditions, which are the acidity function and the reaction time, Where the results showed the possibility of separation in varying proportions and the scheme was proposed for this study.