Raman and Infrared Spectroscopic Studies of Divalent Cation Phosphate Hydrates Related to Saline Soil(การศึกษาฟอสเฟตไฮเดรตของแคตไอออน (II) ที่สัมพันธ์กับดินเค็ม โดยวิธีสเปกโทรสโกปีรามานและอินฟราเรด)

Abstract

The intermolecular interaction in divalent cation phosphate hydrates related to saline soil were studied for Mg3 (PO4 )2 ë8H2 O (bobierrite) and MgHPO4 ë3H2 O (newberyite) that isostructure with Fe3 (PO4 ) 2 ë8H2 O (vivianite) and MnHPO4 ë3H2 O, by Raman and Infrared Spectroscopy and isotopic dilution technique. The observed OH stretching of water in phosphate hydrates and uncoupled νOH (HOD) vibration in D2 O condition lead to the estimation of the intermolecular distance between oxygen water and anion oxygen (RO..O) and enthalpy of hydrogen bonding (-∆HH ) by using equation RO...O = 3.764- 0.169 ln ∆νOH(HOD)/cm-1 Å and -∆HH = 1.286 + 0.0418 ∆νOH(HOD)/ cm-1 kJ/mol, respectively. The RO...O and -∆HH for Mg3 (PO4 ) 2 ë8H2 O, Fe3 (PO4 ) 2 ë8H2 O, MgHPO4 ë3H2 O, and MnHPO4 ë3H2 O 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 Fe3 (PO4 )2 ë8H2 O, MnHPO4 ë3H2 O, (Mg, Fe)3 (PO4 )2 ë8H2 O, (Mg, Mn)HPO4 ë3H2 O. 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: Sns < Sss ≈ Sms ≈ Svs

ได้ศึกษาอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลในฟอสเฟตไฮเดรตของแคตไอออน (II) ที่สัมพันธ์กับดินเค็ม โดยไฮเดรตที่ศึกษาคือ Mg3(PO4)2.8H2O (โบเบียร์ไรท์) และ MgHPO4.3H2O (นิวเบอไยท์) ซึ่งมีโครงสร้างเหมือนกันกับ Fe3(PO4)2.8H2O (วิเวียไนท์) และ MnHPO4.3H2O ตามลำดับ ด้วยวิธีสเปกโทรสโกปีรามานและอินฟราเรดและเทคนิคการเจือจางด้วยไอโซโทป ค่าความถี่การสั่นแบบยืดหดพันธะของหมู่ OH ของน้ำในฟอสเฟตไฮเดรตและการสั่นแบบไม่คู่ควบของหมู่ OH (VOH HOD) ที่อยู่ในสภาพแวดล้อม D2O สามารถนำไปประมาณค่าระยะ RO…O ตามสมการ RO…O = 3.764 – 0.169 ln เดลต้าVOH(HOD)/cm-1 Å และค่าเอนทาลปีของพันธะไฮโดรเจน (-เดลต้าHH) ตามสมการ -เดลต้าHH = 1.286 + 0.0418 เดลต้าVOH(HOD)/ cm-1 kJ/mol พบว่าค่าระยะ RO…O และ -เดลต้าHH สำหรับ Mg3(PO4)2.8H2O, Fe3(PO4)2.8H2O, MgHPO4.3H2O และ MnHPO4.3H2O 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 - ฟิชเชอร์ พบว่ามีจำนวนโมลน้ำในผลึกมีค่าเป็น 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 Fe3(PO4)2.8H2O, MnHPO4.3H2O, (Mg, Fe)3(PO4)2.8H2O, และ (Mg, Mn)HPO4.3H2O นอกจากนั้น ยังได้ศึกษาอิทธิพลของความแรงไอออนที่เป็นตัวกำหนดระดับความเค็มที่มีผลต่อการตกตะกอนของฟอสเฟตไฮเดรต จากนั้นติดตามการเปลี่ยนแปลง pH เริ่มต้นของการเตรียมฟอสเฟตไฮเดรตทั้ง 4 ชนิด แสดงการเปลี่ยนแปลงค่า pH ดังนี้: Sns < Sss = Sms = Svs