Potasyum Pentaborat Oktahidratın Kristal Büyüme ve Çözünme Hızlarının Akışkan Yataklı Ölçüm Sisteminde İncelenmesi


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Istanbul Technical University, Kimya-Metalurji, Kimya Mühendisliği, Turkey

Approval Date: 2004

Thesis Language: Turkish

Student: Gülhan Badem

Supervisor: Hale Gürbüz

Abstract:

Farklı yapılarda bulunan inorganik borat bileşiklerinden biri olan potasyum pentaboarat oktahidrat, potasyum hidroksit ve borik asidin B2O3/K2O mol oranı 5 olan sulu çözeltilerinden kristalizasyon ile üretilmektedir. Potasyum pentaborat tek olarak yada diğer maddelerle karışım halinde, gümüş lehim ve kaynaklarında, bakır ve alaşımlarının rafinasyonunda, endüstriyel ve otomotiv yağlayıcılarda, ışığa hassas diazo boyalarında katkı malzemesi olarak ve yavaş sertleşen çimento üretiminde katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda yapılan çalışmalar, bazı borat bileşiklerinin lineer olmayan optik (NLO) malzeme olarak çok üstün özellikler gösterdiğini ortaya çıkarmıştır. Bu borat bileşiklerinden biri olan potasyum pentaboratın da laser ışınlarının UV ve vakum UV bölgesindeki ışınlara dönüştürülmesinde çok başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. Literatürde bu bileşiğin kristalizasyon kinetiğine ilişkin veri bulunmaması nedeniyle, bu çalışmada potasyum pentaborat oktahidratm kristal büyüme ve çözünme hızlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Ölçümler laboratuar tipi akışkan yataklı kristalizör sisteminde farklı aşırı doygunluk değerlerinde gerçekleştirilmiş ve büyüme ve çözünme hızına başlangıç kristallerinin partikül boyutunun etkisi incelenmiştir. Başlangıç partikül boyutunun etkisinin incelenmesi için, -1000 + 850 [im, -600 +500 um, -500 + 425 jam ve -425 + 355 um boyut aralıklarındaki aşı kristalleri kullanılmıştır. Diğer taraftan, çözelti içinde kristal-çözelti ara yüzeyinde bir "elektriksel çift tabaka"nın oluştuğu ve bu tabakanın yapısının katı ve çözelti fazlarının kimyasal yapısına, ara yüzeydeki elektron yoğunluğu dağılımına ve sıvı fazdaki iyonların mobilitelerine bağlı olarak değiştiği bilinmektedir. Bu nedenle, elektriksel çift tabakada etkin olan güçlerin herhangi bir dış etki ile değiştirilmesinin, kristal büyüme ve çözünme hızları üzerinde etkili olabileceği düşüncesiyle, ikinci parametre olarak çözeltiye uygulanacak dış elektriksel potansiyel seçilmiştir. Bir voltaj jeneratöründen, paslanmaz çelik tel bağlantılar ile çözeltiye uygulanan dış potansiyelin değeri IV ve 2V olarak değiştirilmiştir. Sonuçlar, potasyum pentaborat oktahidrat kristallerinin büyüme hızının, incelenen partikül boyut aralıkları için, boyuttan bağımsız olarak aşırı doygunluk ile doğrusal arttığını göstermektedir. Büyümeyi kontrol eden adımın temel olarak yüzey entegrasyonu olduğu görülmekte ve bu sonuç büyüme hızı mertebesinin dış potansiyel etkisi ile yaklaşık 2 değerine artmasıyla da desteklenmektedir. Dış potansiyel etkisinde de büyümenin büyük ölçüde integrasyon kontrollü olduğu görülmekte, ancak dış potansiyel altındaki büyüme etkinlik faktörlerinin daha düşük değerlerde olması, potansiyel uygulaması ile yüzey integrasyonu hızının ve buna bağlı olarak difüzyon kademesinin etkisinin arttığını göstermektedir.