Hidrotermal ve mikrodalga enerjiyle lityum içeren boratlı, fosfatlı ve borfosfatlı bileşiklerin sentezlenmesi, kristal yapı ve termokimyasal özelliklerinin incelenmesi

Abstract

ÖZET HID ROTERMAL VE MİKRODALGA ENERJİYLE, LİTYUM İÇEREN BORATLL FOSFATLI VE BORFOSFATLI BİLEŞİKLERİN SENTEZLENMESİ, KRİSTAL YAPI VE TERMOKİMYASAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ m Elif DEMİR B A YKAL Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabüim Dalı (Yüksek Lisans Tezi / Tez Danışmam : Yrd. Doç. Dr. Halil GÜLER) Balıkesir, 2003 Bu çalışmada, özellikle lityum elementi içeren, boratlı, fosfatlı, borofosfath ve halojen grubu elememi (F, Cl) içeren bileşiklerin, bidrotermal yöntem, mikrodalga enerji ve yüksek sıcaklık kül fırınları kullanılarak sentezlenmesine çalışılmıştır. Elde edilen ürünlerin kristal yapılan X-ışınlan kırınımı yöntemiyle değerlendirilirken, DTA / TGA cihazlarından elde edilen grafiklerden faydalanılarak termokhnyasal analiz uygulanmıştır. İR spektroskopisi ile çekilen spektrumlann yorumlanmasıyla, ürünlerdeki BO3, BO4, BOP ve PO4 gibi fonksiyonel gruplann tespitleri yapılmıştır. Hidrotermal yöntem kullanılarak, [(NH4>2HP04 + 2LİC1 + 3H3B03], oranlarında hazırlanan stokiyometrik karışımının sulu çözeltisinin, çelik otoklavda 180 °C' de üç gün süreyle yapılan deneylerinde, NH4CI, FeCİ2.2H20 ve (NH4)2FeCİ5.2H20 bileşikleri elde edilmesine karşın deney aym karışımla teflon otoklavda tekrarlandığında NH4CI, Lİ4B7O12CI ve Li2Bı2Clı2 bileşiklerinin elde edildiği görülmüştür. Deneysel sonuçlar temelinde, (NH4>2FeCİ5.2H20, Lİ4B7O12CI ve Lİ2Bı2Cli2büesiMerinin ilk kez bu yöntemle, sentezlenebilecegl gösterilmiştir. Mikrodalga enerji kullanılarak, [Lİ2B4O7 + B2O3 + 5C], stokiyometrik oranlarında hazırlanan karışımla yapılan kau-hal deneylerinde LİB3O5 ve BPO4 fazlarının oluştuğu gözlenmiş, [ZnCl2 + LiCİ + H3BO3] stokiyometrik karışımından ise Lİ4B7O12CI ve Zn3B70i3Cl büeşiklerinin sentezlenebilecegl anlaşılmıştır. Elde edilen ürünlerden BPO4 bileşiği hariç diğer üç bileşiğin, mikrodalga enerji yöntemi kullanılarak bu çalışmayla ilk kez sentezlenebilecegl kanıtlanmıştır. BPO4 bileşiğinin ise, hidrotermal ve mikrodalga yöntemle sentezlenebilecegl bilgisi literatürde verilmiştir. Mikrodalga enerjiyle, bazı amorf özellikte lityum-bor-fosfat içerikli bileşiklerin elde edilebileceği de çalışma sonuçlarından anlaşılmışlar. nYüksek sıcaklık kül firınında, 800 °C de [2 LİF + 4 H3BO3], stokiyometrik karışımıyla gerçekleştirilen katı-katı kimyasal reaksiyonu sonucunda, dört farklı faz (Lİ2B4O7, Lİ2B10O16.H2O, LİBF4 ve Lİ6B4O9), ürün olarak tespit edilmiş, [2LİC1 + 4 H3BO3] stokiyometrik karışımından elde edilen ürünlerden ise üç ayrı fazın birlikte oluştuğu (Lİ4B7O12CI, L1BO2 ve Lİ2B4O7), XRD verilerinden anlaşılmıştır. Ülkemizde çıkarılan bor mineralleri ve üretilen bazı bor bileşikleri, Etibor AŞ.' den temin edilmiş, bu örnekler üzerinde, X-ışınlan kırınımı (XRD) çalışmaları ve DTA / TGA analiz çalışmaları yapılmış, bu bileşiklere ait bilgi birikiminin oluşmasına katkı sağlanmıştır. Bu örneklerden elde edilen, XRD ve DTA / TGA analiz sonuçlarının, literatür değerleriyle karşılaştırılıp değerlendirmeler yapıldığında, bazı mineral ve bor bileşiklerinin birden âzla faz içerdikleri görülmüştür. ANAHTAR SÖZCÜKLER î Bor Kimyası, Lityum Bor Bileşikleri, Mkrodalga Enerji, Mkrodalga Sentez, Hidrotermal Sentez, Termokimyasal Analiz, X-Işınlan Kırınımı. in

ABSTRACT SYNTHESIS OF COMPOUNDS WHICH TYPE OF BORATE, PHOSPHATE AND BOROPHOSPHATES INCLUDING THE LITHIUM ELEMENT BY USING HYDROTHERMAL AND MICROWAVE ENERGY METHODS, INVESTIGATIONS OF CRYSTAL STRUCTURE AND THERMOCHEMICAL PROPERTIES Elif D E MIR BAYKAL Balıkesir University, Institute of Science, Departman of Chemistry (Ms Thesis / Supervisor: Assist. Prof. Dr. Halil GÜLER) Balıkesir - Turkey, 2003 In this work, the compounds of borate, phosphate and borophosphate which includes lithium and halogen elements (F, CI) were tried to synthesize by hydrothermal, microwave energy source and thermal method by using high temperature ovens. The synthesized compounds were analyzed and characterized by X-ray diffraction (XRD) and DTA / TGA techniques. The functional groups which are BO3, BO4, BOP and PO4 were characterised in the products by IR spectroscopic technique. The reactants which were mixed and dissolved in water with the following stoichiometric ratios [(NH4)2HP04 + 2LİC1 + 3H3BO3] were placed in steel otoclave at 180 °C for three days. XRD results showed that, NftjCl, FeCl2.2H20 and (NH^FeCls.ZEfcO compounds were obtained. But when the same experiment was repeated by using teflon otoclave, NH4CI, Lİ4B7O12CI and Lİ2B12CI12 compounds were obtained together. In this work, the compounds which are (NH4)2FeCİ5.2H20, Lİ4B7O12CI and Lİ2B12CI12 could be synthesized firstifull by using hydrothermal method. The reactants [Lİ2B4O7 + B2O3 + 5C], which were mixed and grounded well in agate mortar and put in a porcelain crucible and placed in microwave oven, LİB3O5 and BPO4 compounds were found together as two different phases. When microwave experiment was repeated for the following mixtures [ZnCb + LiCl + H3BO3], Lİ4B7O12CI and Zn3B70i3Cl compounds were obtained and characterized by XRD technique. BPO4 was synthesized before by hydrothermal and microwave method but the other three compounds were obtained firstifull by microwave method in this work. In microwave experiments, several amorph compounds were obtained which include lithium, boron and phosphates. IVSolid solid reactions were done at 800 °C for the mixtures of (2 LiF + 4 H3BO3). Lİ2B4O7, Lİ2B10O16.H2O, LiBF4 and Lİ6B4O9 products were obtained. When the experiment was repeated for the mixture of (2 LiCl + 4 H3BO3 ), Lİ4B7O12CI, LİBO2 and Lİ2B4O7 compounds were obtained together and the phases characterized by XRD method. Some of boron minerals and the boron compouns which were found in our country were obtained from the company of Etibor. These compounds were analyzed by XRD and DTA / TGA techniques. By this way we would be able to obtain information database with related boron compounds which found and produced in our country. When we analyse the experimental results, some of the boron compounds consist different phases in their original content. KEY WORDS : Boron Compouns, Lithium Boron Compouns, Microwave Energy, Microwave Synthesis, Hydrothermal Synthesis, Thermochemical Analysis, X-RayDiffiaction