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硼酸塩ガラスの赤外吸収スペクトル

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Academic year: 2021

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(1)Title. 硼酸塩ガラスの赤外吸収スペクトル. Author(s). 本多, 正孝. Citation. 北海道教育大学紀要. 第二部. A, 数学・物理学・化学・工学編, 17(1) : 33-38. Issue Date. 1966-09. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/5859. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) . 第17巻. 第1号. 北海道教育大学紀要 (第二号A). 昭和4 1年9月. 棚酸塩ガラス の赤外吸収スペク トル 本. 多 正 孝 北海道教育大学釧路分校化学教室 Masataka HONDA : lnfra-red Absorption Spectra of Borate G1 as s es Department o f Chemi tリア s ro Branch, , Kushi. Hokka do Un i ive i ty of Educa i r s t on Abstract. A series of moist sodium borates consisting of varying proportions of sodium .oxide h as beens i lrange The sodium ox tud ed by infra-red spectroscopy in the 400-7000cm- de conce止 i. , ions var i trat ed f rom oto 33.3 mol %,Spectralinterpretation was done wi i lrelation‐ th emp i r ca i i shi 〕 s wh t between spectral character i i ch. ex s l t s cs and molecular spec i oめ; B!○) es , B( 3 and group having three or four co-ordinated boron,. lnf ion spect ra‐red absorpt ium and s ra of potas lver borate glasses con・pared with one of i s. sodium borate glass ,. 緒. 言. 酸化棚素及び細酸塩のガラスについての赤 外吸収スペク トルにはいく つかの報女1 3が あ る 一 ~ 。 方これらのガラスは著る しく 吸湿性 であっ て, 赤外スペクトルも叉容易に変ることが知 られている 5 ) ) が, こ の 面 の 研 究 は 少 い4 。 著 者 は酸 化 ナ ト リ ウ ム の 濃 度 が, 0 か ら33,3モ ル % で あ る 棚 酸 ナ ト. リウムガラスの赤外吸収スペ クトルへの水の影響を調 べ ガラスの構造を検討した , 。 叉, 陽イ オ ン が K十 と Aを である棚酸塩ガラスの赤外吸収スペク トルを得 て, 鰯酸ナトリウム ガラ ス の 赤 外 吸 収 スペ ク トル と 比 較 した。. 実. 験. 試薬:亜硝酸ソーダ, 硝酸加里, 硝酸銀 酸化棚 素 鰯砂は市販品特級をそのまま用いる 錠剤 , , 。 用臭化加里は島津製作所製の分光用結晶を用いる 。 器具:分光器は日本分光S5B 型自記赤外分光光度 ・計で岩塩プリズム付きである。 錠剤調整のた めには島 津製作所の油 圧式1 0トン卓上プ レスと同所の錠剤成型器m型を用いる 。 サンプル調製:ガラスを作るには白金るつぼを用いて 酸化棚素を溶融し 一定重量 になっ てか , , ら亜硝酸ソーダ‐叉は硝酸加里, 叉は硝酸銀 (分解温度はそれ ぞれ3 . 20℃, 4 00 C, 444℃) を加え て分解終了後, 凡そ900℃ で40分以上電気炉で溶 融 一 定重量に してから白金皿に移 し 再び5分 , , (33).

(3) . 謬 鯛酸塩ガラスの赤外吸収スペクトル. 程度900℃ に 加 熱 溶 融 後, 皿 ご と ス テ ン レ ス 板 の 上に 移 して 急 冷, 求 め る ナ ト リ ウ ム, カ リ ウ ム 及 び銀の磯酸塩 ガラスをそれぞれ得た。 前の2つの組成は重量から定め, 銀塩のガラスは滴定により 組成を定めた。 水分を含ませるには実験室内での錠剤成 型で十分であっ たが, 24,1モル % Na20. の濃度の ガラスのみは, 水でぬらした櫨 紙で薬包紙中のガラス粉末を覆い, 一時間放置 して得た。 鰯砂 Na20・2B203・1OH20 は2回再結晶して風乾したものをサンプルと して用いたo 錠剤調整:白金皿上の ガラ スは薬包紙に包み, 打撃してくだいたものをメノ ウ乳鉢ですりつぶし て粉末と した。 臭化加里錠剤は常法によっ て作っ た。 臭化加里は結晶をメノ ウ乳鉢ですりつぶして 節 に か け, 120℃ で1日以上乾燥した。 錠剤の濃度は0 ,4から0,8重量%のサンプルを含む。 錠剤 H 2 l 0分間 200kg/ cm2 に加圧 以下で排気し次に1 k mm 4 g/ g はまず 0. cm 程度の圧を加えて5分間 して 得 た。 錠 剤 の 重 さ は 202十 3mg, 直 径 13,1omm, 厚 さ 0,65mm である。 臭化加里は毎回スペ ・ 1 381cm- に弱い 吸収があっ たが, 分光器の標準光東側にサ ンプル クトルを調 べて検査した。 常に1 を含まぬ臭化加 里錠剤を補償用と して置いたので影響なかっ た。 結. 果. と. 考. 察. Fig,1 は Na20・2B203 ガラスの赤外吸収スペクトルに対する水の影響を表わすo Aはほぼ無水 物と して良いo B, Cの順 に水分が多くなっ ている。 Dは磯砂 Na20・2B20伊1OH20 結 晶 のス ペ ク i 附近の水素結合による 吸収の強さから判断 1 附 近 及 び 1650cm- トル で あ る。 水 の 濃 度 は 3350cm-. できる。 つまり図を下に行く程水分多い。 一度表われた吸収は下に行く程強くなっ て, 途中で消え たり弱まること のないこと が注目される。 l Tab e l は 酸 化 ナ ト リ ウ ム の 濃 度 が 0 か ら33.3モ ル % 迄 の 磯 酸 ナ トリ ウ ム ガラ ス の 赤 外 吸収ス ペ. クトルである。 これ以上の濃 度のガラスは作りにくい。 右端を除いてす べて水分を含む。 その程度 1 附近に吸収 -1 附近の吸収から推定できる。 特に1 6 40cm- は 3200cm‐1 叉 は 3400cm-1 , 1640cm のあるもの は, 第1図から知られるように強く水和 していることを示すo. i - 帆/ . ) e r avenuml ,cn. es i a s s fm- Fig t echa of Na ) ) on s r ed abs。r 2B;07 gl l l .1 . hl d d l t U h d d A ー s s ae ga s .y r そ は l cr ysに, , I , B , C, Moi l d d H D t t e r a r a c s a s s y gl y , , ,. (34).

(4) . 本. 多. 孝. 正. 0cm-1 及 び 1250cm-1 附 近 に 吸収 を 持 つ。 前 者 は 酸化醐素無水物の赤外吸収ス ペ クトルは, 70. 4 3 ) )。 ) 3配位棚素の B03 グ ル ー プ の 変 角 振 動, 後 者 は 同 じ グ ル ー プの 伸 縮 振 動 と 帰 属 さ れ て い る1. 妄中 の 4,43 モ ル % ガラ ス の 684cm‐1 と 1249cm‐1 の 列 が 対 応 す る が, B203 ガラ ス の 水 和 物, land i t Table l ed bor ax c ry s a onspect r at aofhydr ed absorpt r a-r , lnf / Na l% i tsod e o 33.3 Mo at e gl a s s s um bor moi s 20, ′o t. iα1 総 燃髪1 穏ぎ11 雷 隠ぎ 跨ぎ1さ 8 d も灘区善鑑 e , 670 ? 730vw,b. 670VW 720w,b. 684vw. 734vW. 805 s ,b. 885n l ,sh 920sho. 886 1 1 1 ,sh. 924s. 1025s. 1020vw. 785 S sh ,. 818s l 884m,s ・. 689m. 770sho 786m 816vw. 1102m. 1185vs. 1196v s. 1193v s. 1226 sho. 1229sho. 1230 sho 1249 sho. 1400. 1390. 1400. ご vs ,vb 1470. 之v s~b. 之 Vsvb. 1500. 1470. 24961 1 1. 71om. 710. 之 m, b. 769w. 746. 787m, sh. 782 sho. 778w. 837 1 1 1. 831s. 831vs. 953vs ,sh. 816m. 886 sho 924v s. 922s. 924v s. 944 sho. 942 sho. 945m. 947s. 997w. 1005v s. 1024s. 1024s. 1025vs. 1102s. 1099s. 1098vs ,b. 900 2. 1001v s. 1038 sho. 1028W. 1075vw. 1076m. l 2275m, s ・ 2365w 2516w. 1130m. Vs ,vb. 1050. 1194 1 1 1. 1202 sho. 1248 1 1 1. 1250n l. 1361v s ,b 1440v s ,b. 12501 1 1. 1257 sho. 1254w. 1279w,b. 1281s. 1351vs 1346s 1355vs s ,b ,b 1349v 1 4 4n b 2 l 1429m,b 1424m,b 1426 1 1 1 ,b , 1460 sho. 1479v s. 1300 Z vs ,vb 1400. 1482vs 1650 s ,b. 1637 s ,b 22901 1 ]. 1128vs 1154 sho. 1153 sho. 1163 sho. 2356n 〕. 710m. 1048 sho. 1115vw. 2280 s ,sh. 696m. 736VW. 739w 775 sho. 787w 797vs ,vb. 6881 1 1. 2270vw. 2358w 2506w. 2486vw 2598w 2970 sho. 3066w 3100 2v s ,vb 3300. 3180v s ,b. 3228v s ,b. 3212 sho. 3220vs. 3372. 3380m 3430sho 3800vw. 3804vw. 3788vw. 3782vw. 2v s ,vb b 4 3 3 6 3426vs v , 3762vw. 376ovw. 3372s. 3348vs. 3520sho. 3500W. 3776vw. 3752w. , l l l (;sh,s .川 く;Vw,Ver t l edi um ; w, wea o ー 1 p;sho r y wea ー 1 g; m,n r vs g;s , ys , 紙ーo ,Ve d d ? b l b b i b b l d h o s s e e o r o a r r a ; ; e r;v v o u p s y . , , ,. (35). 3366m.

(5) . 棚酸塩ガラスの赤クト吸収スペクトル H3B03 と行くにつれ波数は減少し 吸収強度も小となっ ている H B0 は B 03 の水和の極限と , 2 。 3 3. 考えられるから, これは水によりガラス の網目構造が切断され て行くことを示す。 B03 グループ は水和により次式のように変化 して, >B-○-B< 十 H20 ‐〉 2>B-OH >B-OH 十 H20 2 >B-0 ‐ 十H30十. >. ○- 十 一0 』. - 〉>B-○ → - 』 -. \. 0. 0 ー. \. ニ つの種 >B-OH Boi(>B-○- を表わす) Boi(最後の種を表わす)になる Quan 等4 )は Boa , , , 。 ‐ 1 ‐ 1 Bo と i の伸縮振動をそれぞれ1 438cm と 1050cm に 帰 属 し て い る。 表 中 の B203 と H3BQ. 1 で は Bo3 グルー プ (ガラスの網目構造中の構造要素を表す) の伸縮振動が水和のために1 2 26cm- ‐ 1 ‐ i と 1229cm に 弱 く 存 在 し, 代 っ て 1450cm 附近に Boi グループの強い中広な吸収があ る の は 1 に 弱 い 吸 収 が あ り B 0 には存在しない この吸収は 此 の こ と を 示 す。 H3B03 に は 1020cm- , 23. 。 , Boi のものと考えられるから酸化棚素では水和がある程度以上進んで始め て Boi グ ル ー プの 表 われることを示す。. 1 か ら1500cm-1 ま で の 中 広 な 吸 収 は B203 の 1400cm- , Na20 の濃度増加につれて, 吸収強度 は変らないが, 波数は減少 して3 3,3モル% Na20 で 1300cm‐1 か ら 1400cm一 ま で の 中 広 な 吸収. に移行している。 前述のようにこれは Bog グループの伸縮振動に対応するものだが, この波数減 少を次のように説明できる。 酸化棚素は酸化ナトリウ ムから 02- を供給され て次式のように, >B-○ーB< + α- → 2>B-○- 1 の 列 及 び 1249cm‐ Boi グ ル ー プが 出 来 る。 一 方 670cm‐1 か ら710cm‐ 1 か ら1257cm- 1 にかけ. ての 吸収スペ クトルの強度変化から, ガラスの構造要素である B03 グ ル ー プ は, 酸 化 ナ ト リ ウ ム の濃 度増加につれまず12モル% Na20 の濃度まで増加 しゞ そ の 後24モ ル % ま でそ の ま ま の濃 度 と 推定される。 したがっ て Bog グ ル ー プ の 末 端 ○- と Bo3 グループ中の3配位棚素との相互作用 が, 酸化ナトリウムの濃度増加とともに増大することになっ て, Boi グ ル ー プの 伸 縮 振 動 の 力 の. 定数小となり, 波数は減少する。 水和により Boi グルー プの生 じることを前述 したが, 同様の機構で酸化剛素に酸化ナトリウム を加えることによっ ても作 られる 。 Boi グループ内の酸素と4配位磯素 両原子間の距離は, Boi 1 か ら110ocm- 1の グ ル ー プ の も の よ り 大 き い か ら, 伸 縮 振 動 の 波 数 は 前 者 の方 が 小 さく, 9oocm- 3 4 i の 列 及 び 1020cm‐1 か ら1005cm一 の 列 が 間 に あ る と さ れ て い る ))。 表 の 920cm-1 か ら953cm-. 対応する。 注目されるのは酸化棚素には両方共に表れないで観 月酸に表れ ていることである。 酸化棚 素では4配位棚素存在せず, 棚酸で前述のように水和 のため僅か存在すると考えられるから, この 2 つ の 吸収 を 4 配 位 棚 素 の グ ル ー プ に よ る も の と した 1 つ の 証 明 に な る。. 6 は酸化棚素はす べて4配位棚素 を作るのに使われると したが 末端に OM を 持 た Krogh-Moe っ , Bog グ ル ー プも 酸 化 ナ ト リ ウ ム 附加 に よ り 作 られ る こ と 吸 収 ス ペ ク トル に よ り 明 らか であ る か ら. 彼の説は正 しくない。. 7 ) 等 は 欄 酸 カ リ ウ ム と 水 酸 化 カ リ ウ ム の 混 合 水 溶 液 の ラ マ ソ ス ペ ク ト ル か ら B(OH)i Edwards. の存在を結諭 し,. Td 対称性から4個の基準J涙動の帰属を行っ ている。 このうち赤 外活性のもの. 1 か ら700cm- 1 の 間 に し だ け が あ て 947cn - 1の 中程度の強さの 吸収 はし l 3 と し4 で, 40oocm- 3 っ , (36).

(6) . 本. 多. 正. 孝. 1 の 吸収 ス ペ ク ト ル は こ の B(OH)i スペ ク トル を も っ と して い る。 上述 の 920cm一 か ら947cm‐. D可能性あるが, 強さの点から恐 らく違うことであろう。. ) は, 種々 の 濃 度 の 酸 化 ル ビジ ウ ムの 棚 酸 ル ビ ジ ウ ム ガラ ス 無 水 物 に 環状 の ポロ オ キ ソ Quan 等4 BO… ) の存在を主張 している このイオンは下図のよ うに D3h 対称性 ール (. 3. 黄. 。. . /\/\. ‐0. 0. 0-. - I - 1 4個 の基準振動中赤外活性なのは ジ で1 2 ま で で あ る。 こ の う ち 700cm か ら 40oocm 6 か ら リ1. ) に よ る と, ポ ロ オ キ ソ ー ル 環 伸 縮 振 動 し 6 (1405, S) 及 び sune 等8 s at D範 囲 に あ るも の は Hi ‐ 」 8 (950, m), ポロ オ キ ソ ー ル 環 面 外 変 角 振 動 7 (1225, vs;1249, s), >B-○ 伸 縮 振 動 の り 440 1 ノ 7と り , o の結合振動 ( , s) で あ る。 ここで括弧内の数字は 吸収ス ペ , . (734, s) 及 び レ. 一 暴戻日- 什 綿 目印. 0 0 0 4. 60 0 ” . “′ r avenumbe ’cm. l i t t 23,4 ea r i Fig a verbo or on spect r a of A, s l ed abs r a‐ pt ,11 lnf l % t 24 ea at 1 ・ n bor mol % Ag20 and B, soda ,l mo Na t ed a , 20,both unhydr. I - “′ r avenumbe ,cm i t e at Fig un . bor a a s s r ed absor onspect a 。f A,pot r l r a- pt ,111 lnf 18・2 mol % K20 and B,sodi eat19,4 mol% at um bor Na t s 20,both moi ,. (37).

(7) . 棚酸塩ガラスの赤クト吸収ス ペクトル. クトルの波数を表わし,文字は表の記号と同 じである。 表と比較すると り 6 と ン7 + リ・o は 1400cm一 - 1 附近の中広な強い吸収のため不明である。 “ の 1229cm の 吸 収 は, ナ ト リ ウ ム 塩 に 存 在 す る が. 1225cm-1 は な い。 V8 は 酸 化 ナ ト リ ウ ム1 2, 25 モ ル % 以 上 の 濃 度 の ガラ ス に あ る。 ン , . はナ トリ. ウ ム 塩 に 存 在 して い るよ う で あ る。 う。. した が っ て ポロ オ キ ソ ー ル 環 が 存 在す る と して 良 い よ う に思. i の吸収に対応する列は酸化ナトリウムの濃度増加とと 欄 酸 の885 , 1185, 2280, 2356, 2496cm‐. も に 次 第 に 弱く な っ て, 大 体 12,25 モ ル % の 酸 化 ナ ト リ ウ ム濃 度 で 終 っ て い る した が っ て こ れ ら 。. の 吸収スペ ク トルは鰯酸に特有なものとすることが出来る。 棚酸の797cm一 の吸収に対応する列では酸化ナトリウム濃度が4, 43モル% で分裂 し, それより 高い濃度では, 元の吸収は消え, 新 しい 吸収は酸化 ナトリウムの濃度2 4,1モル%で再び分裂 し, 母 1の吸収は酸化棚素で消え 酸化ナ 体は弱くなり新 しい吸収は強くなっ ている。 叉醐酸の1115cm‐ , トリウムが増加す ると再び表れ てかつ強い吸収となっ て行き, 33,3モル%酸化 ナトリウムでは分裂 して弱くなっ ており, 同じ濃度の無水物では存在しない。 よっ てこの吸収 スペクトルの列は水和に よ る も の で あ る。・以 上 の 2 つ の 吸収 ス ペ ク トル の 帰 属 は 判 らな い 。 Fig 1 の A は 23.4 モ ル % の 酸 化 銀 を 含 む 欄 酸 銀 ガ ラ ス ,1 , B は24.1 モ ル % の 酸 化 ナ トリ ウ ムを. 含 む 棚 酸 ナ ト リ ウ ム ガラ ス の 赤 外 吸収 ス ペ ク トル で あ る。 Fi l l の A は 18,2 モ ル % の 酸 化 カ リ ウ gl ム を 含 む 細 酸 カ リ ウ ム ガラ ス, B は19.4モ ル % の 酸 化 ナ ト リ ウ ムを 含 む 磯 酸 ナ ト リ ウ ム ガラ ス の赤. 外 吸収 ス ペ ク トル で あ る。 両 図 共 に 陽イ オ ン の 違 い に よ る 変 化 は 認 め られ な い Buchl ) は気 er 等9 。 体 の ア ル カ リメ タ 湖 酸 塩 の 赤 外 吸 収 ス ペ ク トル よ り 同 じ結 論 を 出 して い る 。. この研究において実験室 の使用を許され, かつ御指導頂いた北海道大学理学部無機化学教室丹羽. 貴知蔵教授並びに横川敏雄助教授に厚く感謝する。 文 1 ) 2 ) 3 ) 4 ) 5 ) 6 ) 7 ) 8 ) 9 ). 献. l l Je e yman r 1 95 5 ) cぁ 39, 173 T,( ,and J , P, Proct , soc , P, E , G如郎 e ,ノ , Bor l l F i N B D in and Goug r e ÷Jen su 1963 7 es ) , . , ys , . . McSwa , α沼“ , 躍z , C′”ss . ,4, 11, ( S doro T, A, 0Prおs の2 i d spβ 2 1 ’ 1 8 1 9 5 8 6 cかosゆJ ( ) , , , , , Quan 1966 7 ) , T.and C ys , E, Adams . 丹2 ,J . Cたの’ , ,′ ,70, 340, ( , Hans P L V H E l d t W K 1 a r I 1965 a I e mpe r y ) , , , , , , , , ′ C加 川, 躍りs , ,42, 1097, ( , Krogh-Moe 1962 ) ys , . Gな 懇,3, 101,( ,J . , 〃z Edwar ds i l r son Sand J t ? 5 z ? 95 ) ,J , 0. , G, C. Mor . ROS , W, Shu , V, F ・ A“ , α 燭’ , s◇c ,′ . ,77, 266 1 , Hi 1 t C d N H S s a あ C ん sune a n 1964 u a r e の z r β ’ ’ ? ) g , , , , , , , , . ,3, 168, ( Buech l e r 1963 r am,ノ z e“ 7 ) ys , A,and E, P. Mar . CZ , 錫z . ,39, 292, ( ,. (38).

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