การศึกษาฟอสเฟตไฮเดรตของแคตไอออน (II) ที่สัมพันธ์กับดินเค็มโดยวิธีสเปกโทรสโกปีรามานและอินฟราเรด

Raman and Infrared Spectroscopic Studies of Divalent

Cation Phosphate Hydrates Related to Saline Soil

ฌาณุกรณ์ ทับทิมใส (Chanugorn Tabtimsai)*

ผ.ศ. ดร.ไฉนพร ด่านวิรุทัย ( Asst. Prof. Dr. Chanaiporn Danvirutai)**

ผ.ศ. ดร. ทิพาภรณ์ ศรีธัญรัตน์ (Asst. Prof. Dr.Tipaporn Srithanratana)**

บทคัดย่อ

ได้ศึกษาอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลในฟอสเฟตไฮเดรตของแคตไอออน (II) ที่สัมพันธ์กับดินเค็ม โดยไฮเดรตที่ศึกษาคือ MgB3B(POB4B)B2B⋅8HB2BO (โบเบียร์ไรท์) และ MgHPOB4B⋅3HB2BO (นิวเบอไยท์) ซึ่งมีโครงสร้างเหมือนกันกับ FeB3B(POB4B)B2B⋅8HB2BO(วิเวียไนท์) และ MnHPOB4B⋅3HB2BO ตามลำดับ ด้วยวิธีสเปกโทรสโกปีรามานและอินฟราเรดและเทคนิคการเจือจางด้วยไอโซโทป ค่าความถี่การสั่นแบบยืดหดพันธะของหมู่ OH ของน้ำในฟอสเฟตไฮเดรตและการสั่นแบบไม่คู่ควบของหมู่ OH(νBOHB HOD) ที่อยู่ในสภาพแวดล้อม DB2BO สามารถนำไปประมาณค่าระยะ RBO…O Bตามสมการ RBO…OB = 3.764 – 0.169 lnΔνBOHB(HOD)/cmP

-1

P Å และค่าเอนทาลปีของพันธะไฮโดรเจน (-ΔHBHB) ตามสมการ -ΔHBHB = 1.286 + 0.0418 ΔνBOHB(HOD)/

cm-1 P kJ/mol พบว่าค่าระยะ RBO…O Bและ -ΔHBHB สำหรับ MgB3B(POB4B)B2B⋅8HB2BO, FeB3B(POB4B)B2B⋅8HB2BO, MgHPOB4B⋅3HB2BO และMnHPOB4B⋅3HB2BO เท่ากับ 2.730, 2.707, 2.790 และ 2.799 Å และ -20.231, -23.297, -14.547, และ -13.892 kJ/mol OH

ตามลำดับ จำนวนโมลน้ำในผลึกออกตะไฮเดรตและไตรไฮเดรตศึกษาโดยอาศัยสมบัติทางความร้อนและวิธีคาร์ล - ฟิชเชอร์พบว่ามีจำนวนโมลน้ำในผลึกมีค่าเป็น 8 และ 3 ตามลำดับ ลักษณะการเกิดฟอสเฟตไฮเดรตจากแคตไอออนผสมตามการเปลี่ยนแปลงสัดส่วนจำนวนโมล Fe(II)/Mg(II) และ Mn(II)/Mg(II) ใน 5 สัดส่วนคือ 1:1, 1:2, 1:3, 2:1 และ 3:1 จากข้อมูล

FT-IR แสดงสเปกตรัมเอกลักษณ์สำหรับ FeB3B(POB4B)B2B⋅8HB2BO, MnHPOB4B⋅3HB2BO, (Mg, Fe)B3B(POB4B)B2B·8HB2BO, และ (Mg,Mn)HPOB4B⋅3HB2BO นอกจากนั้น ยังได้ศึกษาอิทธิพลของความแรงไอออนที่เป็นตัวกำหนดระดับความเค็มที่มีผลต่อการตกตะกอนของฟอสเฟตไฮเดรต จากนั้นติดตามการเปลี่ยนแปลง pH เริ่มต้นของการเตรียมฟอสเฟตไฮเดรตทั้ง 4 ชนิด แสดงการเปลี่ยนแปลงค่า pH ดังนี้: SBnsB <>Bss B≈ SBmsB ≈ SBvsB

คำสำคัญ : โบเบียร์ไรท์ นิวเบอร์ไยท์ วิเวียไนท์

Key words : bobierrite, newberyite, vivianite

*นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา หลักสูตรวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาเคมีฟิสิกัล คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น

**ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น

ABSTRACT

The intermolecular interaction in divalent cation phosphate hydrates related to saline soil were studied for

MgB3B(POB4B)B2B·8HB2BO (bobierrite) and MgHPOB4B·3HB2BO (newberyite) that isostructure with FeB3B(POB4B)B2B·8HB2BO (vivianite) and

MnHPOB4B·3HB2BO, by Raman and Infrared Spectroscopy and isotopic dilution technique. The observed OH stretching of

water in phosphate hydrates and uncoupled νBOHB (HOD) vibration in DB2BO condition lead to the estimation of the

intermolecular distance between oxygen water and anion oxygen (RBO..OB) and enthalpy of hydrogen bonding (-ΔHBHB) by

using equation RBO…OB = 3.764 – 0.169 ln ΔνBOHB(HOD)/cmP

-1

P Å and -ΔHBHB = 1.286 + 0.0418 ΔνBOHB(HOD)/ cmP

-1

P kJ/mol,respectively. The RBO…OB and -ΔHBHB for MgB3B(POB4B)B2B·8HB2BO, FeB3B(POB4B)B2B·8HB2BO, MgHPOB4B·3HB2BO, and MnHPOB4B·3HB2BO were

found to be 2.730, 2.707, 2.790, and 2.799 Å and -20.231, -23.297, -14.547, and -13.892 kJ/mol OH, respectively.

The mole number of water of crystallization of octahydrate and trihydrate were studied by thermochemical and Karl-Fischer methods, and found to be 8 and 3 moles, respectively. The phosphate hydrates prepared from the variation of cation mole ratios; Fe(II)/Mg(II) and Mn(II)/Mg(II) in 5 categories, 1:1, 1:2, 1:3, 2:1 and 3:1 were studied. The data from

FT-IR showed the spectrum characterized for FeB3B(POB4B)B2B·8HB2BO, MnHPOB4B·3HB2BO, (Mg, Fe)B3B(POB4B)B2B·8HB2BO, (Mg,

Mn)HPOB4B·3HB2BO. Moreover, the effects of ionic strength approximating salinity levels on the precipitation of compounds

were investigated. Initial pH of the phosphate hydrates preparations were followed up for four salinity levels. It was found

that the initial pH for those 4 phosphate hydrates is as follow: SBnsB <>Bss B≈ SBmsB ≈ SBvsB.

จากการประชุมทางวิชาการ เสนอผลงานวิจัย ระดับบัณฑิตศึกษา ครั้งที่ 9
วันศุกร์ที่ 19 มกราคม 2550 ณ มหาวิทยาลัยขอนแก่น
The 9^th Symposium on Graduate Research, KKU. 19 January 2007