Физическая химия. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия
Исследование микроструктуры и фазового состава Челябинского метеорита
Статья научная
Установлено присутствие в метеорите следующих шести основных фаз: трёх Fe Ni твёрдых растворов с разной кристаллической решёткой и различной концентрацией никеля (камасита-α с концентрацией Ni от 3,5 до 5,5 ат. %, тэнита-γ, содержащего от 38 до 43 ат. % Ni и упорядоченной Fe Ni фазы с кубической решёткой), а также сульфидов железа Fe 1-xS x, оливина Mg 1,727Fe 0,273SiO 4 и алюмосиликатов Al 2Si 24O 51. Обнаружены металлические частицы, состоящие из αи γ-твёрдых растворов, которые отделены друг от друга чёткой границей раздела. Внутри каждой из этих фаз большеугловые границы не выявляются. В отличие от а и у фаз, более твёрдые сульфиды представляют собой конгломераты зёрен с чётко выраженными большеугловыми границами.
Бесплатно
Исследование структурных характеристик Ni-Zn-Co феррошпинелей
Статья научная
В настоящее время в современной научной литературе наблюдается повышенный интерес к ферритам всех типов. Среди них особое место занимает Ni-Zn феррит со структурой шпинели. Известно, что функциональные свойства ферритов могут быть значительно изменены путем частичного или полного замещения катионов исходной матрицы на другие катионы, отличающиеся магнитным моментом и размером. Такое изменение структуры позволяет эффективно варьировать свойства ферритов, т. е. обеспечивать «настройку» материала под требуемые свойства. Анализ литературы в этом направлении показал, что эффективным замещающим катионом является ион кобальта Co2+. В настоящей работе речь идет о Ni-Zn ферритах переменного состава, с фиксируемым содержанием x (Co) = 0,1. Общая формула имеет вид: Co0,1Zn0,9-xNixFe2O4, (где x принимает значения 0; 0,3; 0,6; 0,9). Цель представленной работы заключается в синтезе образцов, а также в исследовании их плотности и пористости, которые, в свою очередь, оказывают прямое влияние на эксплуатационные свойства керамических ферритов. Синтез образцов производили методом твердофазной реакции при помощи высокотемпературной печи в атмосфере воздуха. Ранее проведенные исследования позволили выявить комплекс оптимальных физико-химических условий, при которых происходит ферритизация исходной шихты. Исходными компонентами для приготовления шихты служили оксиды. В качестве методов исследования в работе применяли рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ, электронную микроскопию и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию. В результате рентгенофазового анализа было выявлено, что полученные образцы являются монофазными и относятся к шпинелям типа AFe2O4 (где элемент A = Ni, Zn, Co). Исследование морфологии поверхности образцов выявило наличие множества кристаллитов различного размера, естественная огранка которых соответствует кристаллитам, имеющим кубическую сингонию. Проведены исследования истинной и рентгеновской плотности полученных образцов. Определена зависимость влияния величины замещения x (Ni) на пористость (плотность), а также на параметры элементарной кристаллической решетки.
Бесплатно
К термодинамике оксидно-фторидных расплавов системы Ca 2+, Al 3+ // O 2-, F -
Статья научная
В рамках обобщённой модели «регулярных» ионных растворов описаны термодинамические свойства оксидно-фторидных расплавов системы Ca 2+, Al 3+ // O 2-, F -. Выведены уравнения для активностей компонентов, функций смешения и избыточных функций расплавов. Определены значения энергетических параметров модели.
Бесплатно
Каталитические свойства продуктов гидролиза бромида иттрия
Статья научная
В работе изучено влияние на формирование оксигидроксидов иттрия, полученных щелочным гидролизом бромида иттрия, времени гидролиза, конечного рН синтеза и гидротермальной обработки. Гидролиз осуществлен при различном времени введения гидролитического агента: 5 минут, 1 и 24 часа, а также при различных конечных рН: 8, 9 и 10. Для характеризации полученных образцов применены такие методы как термогравиметрия, совмещенная с дифференциальной сканирующей калориметрией и масс-спектрометрией газообразных продуктов термолиза, рентгенофазовый анализ, сканирующая электронная микроскопия высокого разрешения, рентгеновская энерго-дисперсионная спектрометрия. Кроме того, выполнен фотокаталитический тест полученных образцов в реакции разложения метиленового голубого под действием ультрафиолетового излучения. Установлено, что при гидролизе бромида иттрия происходит захват значительного количества примесей бромид- и карбонат-ионов, которые находятся в структуре образцов. Физико-химические характеристики продуктов гидролиза бромида иттрия зависят как от рН и времени гидролиза, так и от гидротермальной обработки. Последняя значительно повышает кристалличность образцов и их фотокаталитические свойства в реакции деструкции метиленового голубого.
Бесплатно
Каталитический пиролиз легких алканов в присутствии соединений металлов шестой группы
Статья научная
Изучен каталитический пиролиз легких углеводородов С1-С4 в проточном трубчатом реакторе в присутствии комплексных катализаторов, содержащих металлы шестой группы Cr, Mo, W, нанесенных в виде неорганических солей или кислот на керамический носитель с последующей термической обработкой. Исследования проведены в интервале температур 500-850 °С, скорости пропускания газовой смеси 25-100 мл/мин, времени контакта 0,65-2,7 с, значениях гетерогенного фактора S/V 5,6∙105 см-1. Проведено сравнение каталитической активности металлсодержащих композиций в сопоставимых условиях, изучено влияние природы металлов на выход этилена и пропилена, оценено сажеобразование. Рассчитаны кинетические и активационные параметры распада углеводородной смеси и накопления продуктов. Лучшие результаты при нанесении на керамический носитель показал Cr-содержащий катализатор.
Бесплатно
Статья научная
Реакцией Клайзена метилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии натрия или гидрида натрия получены динатрий-1,6-диоксо-2,4-алкадиен-3,4-диоляты, при подкислении которых выделены 3,4-дигидрокси-2,4-алкадиен-1,6-дионы (1,3,4,6-тетракарбонильные соединения (ТКС)). Изучены цепные и кольчато-цепные таутомерные равновесия в растворах ТКС. Исследованы особенности строения синтезированных соединений методами ИК и ЯМР *Н спектроскопии.
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование взаимодействия водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) с нефтяными пленками по кинетике их отмыва с поверхности твердого тела в диапазоне температур 25-75 °C. Подтверждена корректность рассмотрения моющего действия водных растворов ПАВ по отношению к нефтяным пленкам в рамках явления переноса и уточнено аналитическое уравнение для кинетики данного процесса. Продемонстрирована аналогия температурной зависимости параметров данного процесса и вязкости нефтей. Выявлена некорректность описания этих двух процессов переноса только по энергии активации и впервые разработана методика расчета всех их термодинамических параметров. Показано их хорошее соответствие экспериментальным данным, полученным принципиально различными методами. Установлено, что потенциал Гиббса моющего действия растворов ПАВ по отношению к нефтяным пленкам меняет знак при T = T*, где T* - температура фазового перехода в нефти. В результате при T T* - энтропией данного процесса. Предложен механизм моющего действия ПАВ, основанный на обнаружении, что максимальной моющей способностью обладают ПАВ с величиной ГЛБ = 10 ± 2, которому соответствует максимальная солюбилизирующая способность ПАВ. Полагается, что энергия активации моющего действия E определяется потенциальным барьером, который должна преодолеть прямая мицелла ПАВ для внедрения в межфазный слой на поверхности нефтяной пленки. Вследствие произошедшей при этом деструктуризации межфазного слоя возрастает вероятность внедрения в него других мицелл. В результате в данном месте поверхности нефтяной пленки из-за способности прямых мицелл солюбилизировать нефть образуется микроуглубление, которое со временем увеличивается как по глубине, так и по площади, обеспечивая прорыв нефтяной пленки. Таким образом, процесс переноса, которым определяется моющее действие ПАВ, обусловлен перемещением прямых мицелл вслед за смещающимся межфазным слоем нефть - вода из-за появления в пленке микроуглублений вследствие солюбилизации частиц нефти мицеллами.
Бесплатно
Кислотная активация бентонитовой глины
Статья научная
Проведена активация бентонитовой глины растворами 0,1 М и 1,8 М соляной кислоты. С помощью энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа и сканирующей электронной микроскопии установлен химический состав и морфология частиц полученных образцов. Выяснено, что минерал монтмориллонит, основной компонент исследуемой бентонитовой глины, представлен кальциевой формой (СаМ). В результате обработки бентонитовой глины растворами разбавленных кислот происходит удаление обменных катионов с сохранением основных структурных ионов монтмориллонита.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты теоретического анализа электронных свойств соединений на основе фрагментов нитрида углерода, состоящих из трех гептазиновых колец (мелона), ковалентно связанных с гетероциклическими заместителями: электрон-акцепторными 2,1,3-бензохалькодиазолами и электрон-донорным карбазолом. Моделирование выполнено на двух альтернативных уровнях: молекулярная газофазная модель и модель одномерного полимера с периодическими граничными условиями. Эти уровни позволили сравнить разность энергий граничных орбиталей молекулярной модели и ширину запрещенной зоны цепочечного полимера одного и того же соединения. Обнаружено, что, с одной стороны, селенсодержащие гетероциклы значительно больше, чем другие ковалентно связанные допанты рассмотренной серии, уменьшают разность энергий граничных орбиталей, а с другой стороны, допирование мелона только карбазолом максимально уменьшает ширину запрещённой зоны. При эффективном допировании, максимально уменьшающем разность граничных орбиталей, высшая занятая орбиталь локализована на электрон-донорном фрагменте молекулы, а низшая свободная - на электрон-акцепторном фрагменте молекулы. Также показано, что допированные мелоны формируют комплексы с бензиловым спиртом, образованные за счёт появления между ними нековалентных связей. При этом меньшая прочность таких связей в комплексах с мелоном, замещённым электрон-акцепторными селенсодержащими фрагментами, предполагает более эффективное окисление спирта в таких системах. Результаты моделирования адекватно соответствуют имеющимся экспериментальным данным по ширине запрещённой зоны мелона, допированного электрон-акцепторными молекулами. Быстрые газофазные расчёты подходят для качественной оценки зависимостей разности энергий граничных орбиталей от вида и количества вводимого допанта, а более затратные расчёты полимерных структур позволяют провести корректную оценку самих значений ширины запрещённой зоны полимеров нитрида углерода при введении различных допантов.
Бесплатно
Композитные магнитовосприимчивые фотокатализаторы на основе оксидов Fe3O4/SiO2/TiO2
Статья научная
В работе изучены композитные материалы на основе оксидов Fe3O4/SiO2/TiO2 , синтезированные золь-гель методом. На первой стадии наночастицы магнетита осаждали гидроксидом натрия из смеси водных растворов сульфатов железа(II) и (III) при непрерывном воздействии ультразвука, после чего отмывали дистиллированной водой и сушили под вакуумом. На второй стадии полученные частицы магнетита покрывали оксидом кремния по методу Штобера путём диспергирования их при воздействии ультразвука в растворе тетраэтоксисилана в н-пропаноле с последующим гидролизом тетраэтоксисилана в присутствии водного раствора аммиака, отмывкой и сушкой под вакуумом полученных материалов. На третьей стадии в композит вводили фотокаталитически активные частицы на основе оксида титана методом замены растворителя путём диспергирования образцов в водном растворе пероксотитановой кислоты и добавления н-пропанола при интенсивном перемешивании с последующей активацией кипячением в смеси вода/этанол 1:1, отмывкой и сушкой под вакуумом. Изучено влияние на свойства образцов цитратной стабилизации и разделения частиц магнетита на стадии их синтеза на «лёгкую» и «тяжёлую» магнитные фракции, а также прокаливания образцов при температуре 450 °С. Исследованы фотокаталитические свойства синтезированных образцов в процессе фотодеструкции метилового оранжевого, а также их магнитная извлекаемость из суспензии. Выполнена физико-химическая характеризация образцов на сканирующем электронном микроскопе высокого разрешения методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, порошковой рентгеновской дифракции, термического анализа (ТГ-ДСК), совмещённого с масс-спектрометрией газообразных продуктов термолиза. Обнаружено, что композиты на основе смешанного оксида титана-кремния имеют более высокую фотокаталитическую активность, чем получаемые по аналогичной методике композиты на основе чистого диоксида титана. Полученные фотокатализаторы можно использовать для очистки воды от красителей с последующим извлечением при помощи магнита.
Бесплатно
Конверсия легких алканов на хромсодержащих алюмосиликатных зольных микросферах
Статья научная
Исследован процесс каталитического разложения легких углеводородов С1-С4 в присутствии хромсодержащих алюмосиликатных зольных микросфер, полученных путем нанесения соединений хрома на алюмосиликатные микросферы диаметром от 100 до 315 мкм, с использованием двух методов: химического осаждения из паровой фазы металлоорганического соединения и пропитки нитратом хрома (III). Исследованы кинетические закономерности превращения углеводородов в алкены (этилен, пропилен)в проточном трубчатом реакторе в интервале температур 500-830 °С, скорости пропускания углеводородной смеси 25-100 мл/мин, времени контакта 0,67-17,0 с. Получены сравнительные характеристики каталитической активности хромсодержащих композиций в сопоставимых условиях, изучено влияние размера зольных микросфер, природы хромсодержащего покрытия на выход этилена и пропилена, оценено сажеобразование. Рассчитаны кинетические и активационные параметры распада пропана и образования метана и этилена.
Бесплатно
Моделирование и анализ виртуального растяжения эластичного и пластичного кристаллов дигалогенфенолов
Статья научная
С целью проверки устойчивости результатов моделирования растягивающих деформаций молекулярных кристаллов проведен тест на виртуальное растяжение пластичного 3,4-дихлорфенола, эластичного 4-бром-3-хлорфенола. Моделирование всех рассматриваемых кристаллических структур было проведено методами теории функционала плотности с учетом периодических граничных условий и локализованных базисных наборов. Подтверждено, что предложенный нами ранее виртуальный тест на растяжение молекулярных кристаллов позволяет объяснять и предсказывать их механические свойства по характерному поведению изменений энергии кристаллической ячейки и ее объема в зависимости от растягивающих деформаций. В данной работе растягивающие деформации кристаллической ячейки 3,4-дихлорфенола проводили с разным шагом в 1 и в 3 % от величин параметров ячейки. Это позволило нам установить, что тренды изменения кристаллической структуры и рассматриваемых свойств мало зависят от величины шага растяжения в изученных пределах. Были обнаружены лишь небольшие отличия в энергии кристаллической ячейки на 15 % растяжения, которые позже нивелировались. Для изученных структур кристаллов выявлено, что четыре водородные связи O-H…O прочнее удерживают сформировавшиеся синтоны из четырех молекул, чем межстопочные взаимодействия Cl…Cl или Br…Br, которые способны к переключению или разрыву в процессе деформации. При этом оказалось, что взаимодействие галогенов I типа как для эластичного, так и для пластичного кристалла теряется в ходе растяжения, при этом вместо одного ван-дер-ваальсового взаимодействия формируются две галогенные связи Cl…Br и Сl…Cl, соответственно. В зависимости от растягивающих деформаций на начальном этапе растяжений обнаруживаются сходные изменения в поведении структуры, энергии кристаллической ячейки и ее объема как для пластичного 3,4-дихлорфенола, так и для эластичного 4-бром-3-хлорфенола. Тем не менее пластичный 3,4-дихлорфенол отличается более медленными изменениями в структуре и коротким периодом замедления роста энергии кристаллической ячейки с появлением межстопочных зазоров. Для эластичного кристалла этот период значительно более протяженный и сопровождается осцилляциями в изменении энергии. Таким образом, замена атома Cl на Br в 4-м положении фенольного цикла приводит к тому, что при определенном проценте растягивающих деформаций формируются достаточно большие полости, что способствует существенным изменениям в структуре без значительных затрат энергии.
Бесплатно
Статья научная
Показана возможность применения гиперболической модели расчета термохимических характеристик (стандартной молярной теплоемкости, стандартной молярной энтропии) к системе V-О. Использование модели позволило уточнить имеющиеся экспериментальные данные по оксидам ванадия и предсказать значения термохимических характеристик для малоизученных экспериментально соединений.
Бесплатно
Моделирование нековалентных взаимодействий кубовых красителей с фрагментами нитрида углерода
Статья научная
В целях изучения возможности модификации нитрида углерода производными полициклических ароматических углеводородов методами теории функционала плотности выполнено моделирование фрагмента слоя структуры C3N4, представленной тремя гептазиновыми звеньями, соединенными аминогруппами. Рассмотрены молекулярные комплексы такого фрагмента с двумя кубовыми красителями: бордо Д и золотисто-желтый ЖХД. Показано, что молекулы красителей комплементарны полости кармана, но исследуемые комплексы не являются плоскими. Вычислены и сравнены энергии взаимодействия и энергии водородных связей в комплексах.
Бесплатно
Статья научная
На основании анализа литературных данных и результатов исследований показано: высокие значения морозостойкости и водонепроницаемости композиционных материалов при использовании цементной композиции с включением мономер-полимерной компоненты с органоборановым аминным комплексом получены за счет последнего как компатибилизатора. Высокие значения показателя «водонепроницаемость» связаны с образованием гидрофобизирующей структуры при застывании композиции, показателя «морозостойкость» - с образованием структурной полимерной сетки, включающей цементный камень, за счет дополнительных связей путем радикальных реакций с поверхностью образующегося цементного камня и полимера. Показана принципиальная возможность модификации свойств композиционного материала путем изменения состава мономерной смеси и использования безводной композиции.
Бесплатно
Моделирование сорбции ионов некоторых двухвалентных металлов на фрагментах оксигидрата циркония
Краткое сообщение
Экспериментальными и компьютерными методами изучали сорбцион-ные свойства оксигидрата циркония. Компьютерное моделирование производилось с использованием метода Монте-Карло и последующей оптимизацией ab initio. При этом моделировались сорбционные комплексы фрагментов оксигидрата циркония с ионами Са2+, Mn2+, Ni2+, Cu2+. В рассчитанных комплексах определялись порядки связей по Малликену. Экспериментально сорбционную ёмкость определяли на гелях, полученных медленным гидролизом раствора оксихлорида циркония. Значения сорбции сопоставляли с суммой порядков связи сорбируемого металла и сорбционными центрами геля. Установлено, что данные величины находятся в линейной зависимости. Таким образом, порядок связи можно использовать для определения сорбции металлов на гелях оксигидрата циркония.
Бесплатно
Моделирование термодинамических свойств известково-глинозёмистых расплавов
Статья научная
Рассчитаны избыточные энтальпии, энтропии, энергии Гиббса расплавов системы СаО-Ai 2О 3 в интервале температур 1500-1800 °С. Термодинамические свойства согласованы с наиболее достоверными экспериментальными данными по энергиям Гиббса реакций образования алюминатов кальция, термодинамическим характеристикам плавления чистых оксидов и фазовой диаграмме состояния.
Бесплатно
Молекулярно-массовое распределение промежуточных продуктов реакции отверждения эпоксидного композита
Статья научная
Предложен математический аппарат кинетики формирования молекулярно-массового распределения, включающий в себя механизм полимеризации бифункциональной эпоксидной смолы и шестифункционального триэтилентетраамина.
Бесплатно
Натриевые химические источники тока с катодами на основе сульфидов меди
Статья научная
В работе исследованы в качестве химических источников тока ячейки, состоящие из натрия и сульфидов меди с различным составом, структурой и морфологией катодного материала. Уменьшение характерного размера частиц СuS с 0,4-5 мкм до 10-50 нм привело к увеличению начального рабочего напряжения с 1,87 В до 2,55 В и емкости с 166 мАч·г-1 до 400 мАч·г-1. Сверхстехиометрическое внедрение серы в нанодисперсный сульфид меди CuS1+х приводит к снижению начального рабочего напряжения ячейки на 0,23 В, в то время как емкость увеличивается с 400 мАч·г-1 до 431 мАч·г-1. В случае сульфида состава Cu2S емкость ячейки с натриевым анодом составляет 121 мАч·г-1, кроме того, данный материал, как и микрокристаллический сульфид меди состава CuS, склонен к поверхностной пассивации сульфидами переменного состава. В работе проведен сравнительный анализ электрохимических показателей натриевых и литиевых источников тока с различными по составу и морфологии катодными материалами на основе сульфидов меди.
Бесплатно
Краткое сообщение
Взаимодействием трифенилсурьмы с 2,3-дифторбензойной кислотой в присутствии трет-бутилгидропероксида (мольное соотношение 1:2:1) в эфире получен с выходом 12 % 2,3-дифторбензоат тетрафенилсурьмы (1), который был идентифицирован методами ИК-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа. РСА проводили на дифрактометре D8 QUEST фирмы Bruker, кристаллографические характеристики элементарной ячейки соединения следующие: пространственная группа Р-1, а = 9,859(6), b = 10,180(6), c = 14,332(9) Å, α = 84,15(2)°, β = 83,09(2), γ = 68,56(4)°, V = 1326,6(14) Å3, Z = 2, ρвыч = 1,470 г/см3, m = 2,079 мм-1, F(000) = 588,0, размер кристалла 0,32 ´ 0,2 ´ 0,09 мм, диапазон сбора данных по 2θ, град: 5,74-61,36, диапазон индексов -14 ≤ h ≤ 14, -14 ≤ k ≤ 14, -20 ≤ l ≤ 20, число измеренных рефлексов 83031, число независимых рефлексов 8118, Rint = 0,0387, GOOF = 1,037, число параметров 325, R1 = 0,0287, wR2 = 0,0597. По данным РСА, атомы сурьмы в соединении имеют искаженную тригонально-бипирамидальную координацию с атомом кислорода карбоксилатной группы в аксиальном положении. Аксиальный угол СSbO составляет 177,90(5)º. Сумма экваториальных углов CSbC равна 357,04(9)º, расстояния Sb-Сэкв [2,119(2), 2,124(2), 2,126(2) Å] значительно короче длин связей Sb-Сакс [2,164(2) Å] и Sb-O [2,2799(18) Å]. Организация молекул в кристалле соединения 1 обусловлена водородными связями и СН×××π-взаимодействиями колец арильных и карбоксильных лигандов. Полные таблицы координат атомов, длин связей и валентных углов депонированы в Кембриджском банке структурных данных (№ 2217060; deposit@ccdc.cam.ac.uk или http://www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif).
Бесплатно
