Физическая химия. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия
Отклик химических связей никеля на растягивающие деформации кристалла Ni-пиридиндикарбоксамида
Статья научная
Выполнено теоретическое исследование податливости координационных и нековалентных связей при моделировании одноосных механических деформаций кристаллической структуры дихлорида бис (2-N,6-N-дибутилпиридин-2,6-дикарбоксамид)-никеля (II). Для этого методом Хартри - Фока с тремя полуэмпирическими поправками для описания слабых взаимодействий атомов (поправка на дисперсионные взаимодействия Гримме D3, поправка ошибки суперпозиции базисного набора по схеме противовеса для пар атомов gCP и поправка эффектов неполноты ближнего действия базисного набора SRB) при использовании квантово-химических расчетов с периодическими граничными условиями были смоделированы растягивающие деформации кристаллической структуры вдоль кристаллографических осей. Сделан вывод о высокой устойчивости геометрических характеристик координационного комплекса к нарастающим деформациям. Анализ длин связей и двугранных углов внутри металлокомплекса показал их незначительные изменения во всем диапазоне растягивающих деформаций, в частности, изменение длины связи составило 4,3 % для N…Ni…N и 5,4 % для Ni…O. С помощью анализа характеристик конформационного состояния 2-N,6-N-дибутилпиридин-2,6-дикарбоксамидного фрагмента, а именно двугранных углов и межатомных расстояний, обнаружен эффект распрямления одного из N-бутильных фрагментов при большом (7-8 Å) растяжении элементарной ячейки, что подтверждает гипотезу об их напряженном скрученном конформационном состоянии, реализующимся под влиянием кристаллического окружения. При этом зафиксировано появление полости и трещины на последних шагах растяжения (8-10 Å), что вызывается сдвигами соседних металлокомплексов друг относительно друга и влияет на позиции хлорид-анионов. Примечательно, что полости и трещины образуются безотносительно оси, вдоль которой моделируется растяжение кристалла. Это указывает на то, что кристалл должен проявлять не эластичные свойства, а скорее хрупкость.
Бесплатно
Оценка стойкости углеродистых и низколегированных сталей к бактериальной коррозии
Статья научная
Методами гравиметрии и потенциометрии оценена стойкость сталей 32Г2, 26ХМФА-2, 15Х5М, применяющихся для изготовления насосно-компрессорных труб, к бактериальной коррозии под действием сульфат-восстанавливающих бактерий (СВБ). Установлено положительное влияние добавок хрома (1 мас. %) на стойкость к данному виду бактериальной коррозии.
Бесплатно
Повышение эффективности процесса электролитического хромирования
Статья научная
Проблема повышения надежности и долговечности машин, механизмов и приборов - общая для всех областей техники. Эта проблема может быть решена нанесением износостойких покрытий и сплавов на основе хрома. Метод электрохимического хромирования обладает рядом существенных недостатков: низкий выход по току хрома; самая низкая среди гальванических процессов рассеивающая способность; высокая энергоемкость; наличие высоких внутренних напряжений хромовых покрытий; наводороживание осадков хрома и сплава основы. Поэтому в настоящее время проводится большое количество исследований, направленных интенсификацию процессов хромирования. Данная работа направлена на изучение возможностей оптимизации процесса хромирования путем изменения состава электролита. Проведена классификация используемых в настоящее время электролитов хромирования по следующим параметрам: состав электролита, условия проведения процесса, катодный выход по току и качество, получаемых покрытий. На основании проведенных авторами экспериментальных исследований показана возможность интенсификации процесса электролитического хромирования из водных растворов за счет изменения состава электролита. Изучено влияние ряда анионов ( SO42- , SiF62- , Cl- , F- , NH2SO3- , PO43- , IO3- , I2O74- ) на качество осадков и выход по току. Предложены способы усовершенствования наиболее популярных универсальных электролитов.
Бесплатно
Статья научная
Предложен новый подход, позволяющий производить анализ эффективности самовосстановления прозрачных полидиметилсилоксановых полимерных материалов с дефектами в виде пузырьков, возникающих после электрического пробоя малой мощности. Реологические характеристики исследуемых образцов должны быть близки к аморфным гелеобразным материалам, обладающим довольно высокой прозрачностью. Проведено имитационное моделирование процесса исчезновения дефекта в виде пузырька, учитывающее растворение газов (водорода, кислорода, азота, моноксида углерода) в образце и воздействие на границу дефекта сил поверхностного натяжения; построены физико-химические модели, описывающие скорость изменения геометрических характеристик дефектов. Показано, что при малых размерах образца водород и моноксид углерода, которые могут выделяться в результате электрического пробоя, быстро замещаются азотом и кислородом, растворенным в образце из-за контакта с атмосферой. Установлено, что эффективное самовосстановлению полидиметилсилоксанового образца после электрического пробоя малой мощности возможно только при одновременном действии как поверхностного натяжения, так и хорошей растворимости газов, которые могут присутствовать или образовываться в полимерном материале. На основании имитационной модели предложен метод анализа эффективности самовосстановления сплошности среды полимерного материала. Метод основан на сравнении скорости изменения формы и объема дефектов в виде пузырьков после электрического пробоя и скорости изменения дефектов механического происхождения. Данную информацию можно получать в результате анализа фотографий дефектов, сделанных в проходящем свете через дефект. Механическая природа дефектов используется в качестве реперного уровня, относительно которого можно анализировать воздействие электрического пробоя. Рассмотренный метод позволяет просто выполнять прямые измерения динамики изменения дефекта и поэтому особенно эффективен при сборе статистических данных о самовосстановлении прозрачных аморфных материалов.
Бесплатно
Подходы к количественному моделированию структуры щелочных боросиликатных систем
Статья научная
На основе простых исходных представлений получена модель, качественно соответствующая экспериментальным данным и описывающая изменения в структуре продуктов закалки силикатных, боратных и боросиликатных расплавов. Представленный набор уравнений, описывающих взаимодействие между структурными единицами, и значений констант позволяет на качественном уровне адекватно реальности моделировать структуру твёрдых оксидных сплавов Na 2O-SiO 2, Na 2O-B 2O 3 и применим к описанию системы Na 2O-B 2O 3-SiO 2 с любым соотношением [Na 2O]/[B 2O 3].
Бесплатно
Получение гексаферрита бария методом самовозгорания
Статья научная
До настоящего времени керамический метод остается наиболее распространенным для получения сложных оксидов. В рамках данного подхода порошки оксидов и карбонатов требуемых металлов после тщательного перемешивания спекают на воздухе или в контролируемой атмосфере. Однако он имеет ряд недостатков. Наиболее значимый из них - необходимость достижения высоких температур синтеза, что приводит к увеличению размера частиц. Кроме того, в силу последнего обстоятельства, получаемые материалы обладают низким значением удельной поверхности, что делает невозможным их применение в качестве каталитических материалов. Вместе с тем, основные достоинства данного метода: дешевизна и доступность исходных реагентов, отсутствие необходимости использования растворителей, простота методики и широкий спектр получаемых материалов. Представлены результаты получения гексаферрита бария BaFe12O19 методом самовозгорания (self-combustion method). В ходе синтеза готовился раствор нитратов соответствующих металлов с лимонной кислотой. После нейтрализации и упаривания раствора, полученная масса нагревалась в муфельной печи для проведения процесса самовозгорания и удаления остаточного углерода. Финальное спекание проводилось в трубчатой печи с прецизионным регулятором температуры. Полученные образцы исследовались методами порошковой дифрактометрии, сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа. Установлено, что метод самовозгорания позволяет получить гомогенный гексаферрит бария при более низкой температуре (на 200 °С) по сравнению с классическим керамическим методом. Для синтезированного BaFe12O19 параметры структуры составляют a = 5,891 Å, c = 23,215 Å, V = 697,6 Å3. Опробованный метод даёт возможность получения перспективных оксидных материалов с развитой поверхностью в более мягких условиях, а также проводить легирование оксидов легколетучими элементами. Ключевые слова: гексаферрит бария, BaFe12O19, метод самовозгорания.
Бесплатно
Получение гранулированного науглероживателя
Статья научная
Предложена технология изготовления гранулированного науглероживателя на основе графитированных или обожженных пылевидных отходов электродного производства с использованием в качестве связующего раствора поливинилового спирта (ПВС). Оптимальное соотношение пыли и связующего 70 : 30 мас. %. Получен малозольный, малосернистый карбюризатор с размерами гранул более 0,5 мм.
Бесплатно
Статья научная
Разработана методика химического синтеза наночастиц меди в мицеллах поверхностно-активного вещества (ПАВ) катионного типа - цетилпиридиния хлорида (ЦПХ), выступающего в роли стабилизатора. За счет варьирования объемов восстановителя гидразина при фиксированном значении pH реакционной среды найдены оптимальные условия синтеза наночастиц меди с размером в пределах 40-280 нм. Полученные наночастицы меди представляют интерес для использования в таких областях, как электроника и химия. Синтезированные наночастицы меди охарактеризованы с помощью методов сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и спектрофотометрии.
Бесплатно
Получение малоизнашиваемых платинированных титановых анодов
Статья научная
Рассмотрен способ изготовления малоизнашиваемых анодов из полупродуктов производства концентрата металлов платиновой группы посредством платинирования титановых матриц, удовлетворяющих условиям протекания электродных процессов в азотнокислых электролитах при электроэкстракции серебра в технологии аффинажа.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются основные способы получения углеродных композитных наноматериалов и выделяется метод термолиза как один из основных методов. Для понимания сущности процессов термического разложения как метода синтеза углеродных наноматериалов были рассмотрены ароматические карбоксилаты железа (III). Это 8-гидроксихинолинат, бензоат, салицилат, фталат, п-аминобензоат железа (III). В статье подробно рассматривается методика синтеза этих карбоксилатов железа (III) в простых условиях. Процесс термического разложения проводился в двух средах (воздушная как окислительная и аргоновая как нейтральная) для сравнения получаемых продуктов. Для подробного изучения процессов разложения карбоксилатов железа (III) использовались методы термического анализа (ТГ и ДСК) на синхронном термоанализаторе Netzsch 449 Jupiter. Для изучения морфологии и состава продуктов применялись методы рентгенофазового анализа, оптической и сканирующей электронной микроскопии и рентгенофлуоресцентного микроанализа. Использовались приборы: рентгеновский дифрактометр Rigaku Ultima IV и сканирующий электронный микроскоп с приставкой элементного микроанализа Jeol JSM-7001F. По полученным результатам были рассчитаны предполагаемые формулы исходных карбоксилатов железа (III). Также были предложены механизмы процессов, протекающих при термическом разложении ароматических карбоксилатов железа (III). Для более точного определения состава продуктов синтеза карбоксилатов железа (III) и более точного описания процессов термического разложения этих солей также были подвергнуты термическому разложению и соответствующие ароматические карбоновые кислоты. В приложении к статье находятся данные для более точной интерпретации результатов и более подробного описания процессов термического разложения.
Бесплатно
Получение стеклоуглеродных микросфер для электрохимического анализа
Статья научная
В статье рассмотрена новая методика получения стеклоуглеродных микросфер в растворах, содержащих фурфуриловый спирт, этиленгликоль, изооктилфенолдекаэтиленгликоль (ОП-10) и серную кислоту, приведена морфология микросфер, а также результаты их электрохимического тестирования в растворе 0,1 M KCl, 0,005 M K3[Fe(CN)6], 0,005 M K4[Fe(CN)6. С помощью бесконтактного термометра была установлена зависимость между температурой раствора в процессе синтеза (выделяющейся в ходе теплотой реакции поликонденсации) и объемом добавляемой кислоты. Полученные в растворе полимерные микросферы отмывались, сушились и прокаливались при температуре 900 °С. Полученные материалы исследовались методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофлуоресцентного элементного анализа. Элементный анализ показал, что материалы содержат около 98 % углерода, а также менее 2 % калия, меди, кислорода, серы и железа. Сканирующая электронная микроскопия показала, что микросферы имеют правильную сферическую форму, развитую поверхность и диаметр от 0,5 до 10 мкм. На основании данных о характерных размерах микросфер, определенных методом динамического рассеяния света, были построены зависимости их размеров от соотношения реагентов при синтезе. На основе микросфер готовили пасту для электрода с массовым соотношением микросферы : вакуумное масло = 80 : 10. Данную смесь перемешивали до однородной пасты и набивали в трубчатый электрод диаметром 3 мм. Методом циклической вольтамперометрии определены значения пикового тока и пикового потенциала электрода с чистыми микросферами, а для лучшего образца - еще и с добавлением гексаферрита бария как электрохимического катализатора. Из девятнадцати исследованных растворов для синтеза наиболее перспективным является раствор, содержащий 100 мл этиленгликоля, 5 мл фурфурилового спирта, 5 мл ОП-10, 50 мл серной кислоты.
Бесплатно
Получение ферритовой керамики BaFe(11,9-х)Mn0,1TixO19 методом твердофазной реакции
Статья научная
Гексаферрит бария - один из таких материалов, который нашел применение в области электроники, энергетики. Важны его особые магнитные свойства: высокая коэрцитивная сила, магнитная проницаемость и т. д. В последнее время к блочной структуре этого материала проявлен большой интерес со стороны научного сообщества, что выражено в высокой публикационной активности. Однако до сих пор не представлен исчерпывающий обзор структуры и свойств замещённого марганцем и титаном гексаферрита бария. Именно эти легирующие элементы, согласно теоретическим обоснованиям, должны в значительной мере модифицировать кристаллическую решётку и свойства исследуемого объекта. В данной работе объектом исследования являются ферритные материалы со структурой магнетоплюмбита. Целью исследования является получение замещённого феррита состава BaFe(11,9-x)Mn0,1TixO19, где x = 0,1; 0,5 и 1. В ходе исследования была отработана технология получения исследуемого вещества методом твердофазного синтеза. Показано, что оптимальная температура синтеза составляет 1400 °С при выдержке 5 часов. Контроль химического состава осуществляли с помощью сканирующей электронной микроскопии с функцией микроанализа. Также было определено, что полученные керамические образцы имеют большое количество микропор, средний размер которых лежит в диапазоне 5-50 мкм. Оценка параметров элементарной ячейки синтезируемого вещества проведена с помощью рентгеноструктурного анализа. Выявлена немонотонность изменения параметров элементарной ячейки. Установлена корреляция в изменении температуры Кюри с увеличением концентрации легирующих элементов методом дифференциальной сканирующей калориметрии.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследована возможность интеркаляции тиодиацетат-анионов в структуру магний-алюминиевых слоистых двойных гидроксидов методом соосаждения и методом анионного обмена. Методом рентгенофазового анализа и КР-спектроскопии показано, что тиодиацетат-анионы внедряются в межслоевое пространство СДГ. Полученные материалы представляют интерес как сорбенты для ионов тяжелых металлов.
Бесплатно
Противодействие живых систем развитию возрастной катаракты. Физико-химическое объяснение
Статья научная
Одновременно в живых системах проходят процессы, которые приводят как к увеличению энтропии (хаоса), так и к ее уменьшению. Уменьшение энтропии возможно только в открытых системах и связано с непрерывным потоком к ним энергоемких соединений, таких как глюкоза, окисление которой энергетически сопряжено с синтезом АТФ - универсальным носителем химической энергии для обеспечения функционирования живых систем. При окислении энергоемких соединений происходит увеличение энтропии, а при синтезе АТФ - ее уменьшение. В живых системах происходят не только реакции, связанные с синтезом АТФ и их функционированием, но и старение - окисление гидрофобных образований в клетках, в частности, матрикса мембран, по типу цепных реакций с вырожденным разветвлением. Развитию таких цепных реакций окисления в клетках может препятствовать как проникновение в них различных антиоксидантов, например, ресвератрола, содержащегося в винограде и других растениях, и тушителей молекулярного кислорода в синглетном состоянии, например, йодидов, так и путем создания циклических процессов с участием десатураз, препятствующих увеличению вязкости в матриксе мембран до некоторых предельных значений, после превышения которых гибель клеток становится неизбежной. В этом отношении показательны процессы, приводящие к катаракте - помутнению хрусталиков глаз. В отсутствие десатураз в волокнах хрусталиков глаз крыс действие УФ света приводит к катаракте через 2-4 месяца, тогда как наличие десатураз в волокнах хрусталиков глаз человека позволяет избежать возникновения катаракты в течение многих десятков лет. К противодействию старению матрикса мембран приводит реакция превращения липидов с предельными жирными кислотами в ненасыщенные, катализируемая десатуразами. Жизненно важной особенностью этой реакции является то, что она возникает только при отверждении матрикса мембран. Эта реакция сначала приводит к разжижению матрикса до определенного состояния, после чего она останавливается. Причины, приводящие то к оживлению десатуразы, то к падению ее активности, обсуждаются в данной статье.
Бесплатно
Разработка методики получения сплавленной керамики на основе Cu 2O
Статья научная
Разработана методика сплавления оксидных шлаковых систем на основе Cu 2O. Собрана экспериментальная установка. Получены данные по расположению точки эвтектики в системе Cu 2O—SiO 2.
Бесплатно
Растворимость в системах вода - оксиэтилированный нонилфенол - (NH4)2SO4
Статья научная
В работе описано применение системного подхода к оптимизации температурно-концентрационных параметров экстракции в системах вода - поверхностно-активное вещество - неорганический высаливатель, основанного на анализе политермической фазовой диаграммы соответствующей тройной системы. Визуально-политермическим методом и изотермическим методом сечений изучена растворимость в системах вода - неонол АФ-9-12 (или неонол АФ-9-25) - сульфат аммония в интервале температур 25-80 °С, где неонол АФ-9-12 (неонол АФ-9-25) - оксиэтилированные нонилфенолы со степенью оксиэтилирования 12 и 25 соответственно. Установлено, что область расслаивания увеличивается с ростом температуры вследствие увеличения высаливающей способности сульфата аммония и снижения гидратации мицелл ПАВ. Максимальные различия в концентрационных границах области расслаивания наблюдаются при температуре выше 40 °С, в расслаивающихся смесях, содержащих неонол АФ-9-25, концентрация воды ниже, чем для системы с неонолом АФ-9-12 при той же температуре вследствие большей степени гидратации неонола АФ-9-25. Также для системы с неонолом АФ-9-12 увеличение температуры выше 84 °С приводит к образованию расслаивания в двойной системе вода - неонол АФ-9-12 и высаливанию указанной гетерогенной подсистемы. Показано, что на температурно-концентрационные границы области расслаивания также влияет степень оксиэтилирования ПАВ, рост которой сопровождается увеличением гидратации мицелл ПАВ и снижением их способности к высаливанию при фиксированной температуре. На основании диаграмм растворимости установлены оптимальные параметры экстракции в системе вода - неонол АФ-9-12 - сульфат аммония при 25 и 60 °С и показано, что рост температуры приводит к уменьшению объема экстракта и увеличению интервала кислотности, при котором существует расслаивание вследствие увеличения высаливающей способности соли и введения дополнительного количества анионов - высаливателей с кислотой. Полученные данные обуславливают перспективность использования изученных систем в экстракции при температуре выше комнатной.
Бесплатно
Расчет термодинамических свойств щелочных борогерманатов и германосиликатов
Статья научная
Оценка термодинамических свойств соединений, не изученных экспериментально, выполнялась с помощью регрессионного анализа на основе классического аддитивного метода Неймана-Коппа. Устанавливающая зависимость между величинами термодинамических (термохимических) потенциалов и структурой веществ (базовых веществ) была рассчитана по уравнению множественной регрессии. В работе было необходимо введение дополнительных термодинамических ограничений, обусловленных свойствами базовых компонентов. Исследование закономерностей изменения энтальпии образования из простых веществ в рядах боратов, алюминатов, фторалюминатов, арсенатов щелочных металлов, а также алюминатов и арсенатов щелочноземельных металлов показали, что ярко выраженную зависимость от молекулярной массы однотипных структурных единиц имеют их избыточные функции. С помощью регрессионного анализа были установлены зависимости стандартной энтропии для силикатов, боратов и германатов лития, натрия и калия от состава; получены уравнения стандартных энтальпии образования и теплоем кости. С целью улучшения качества регрессионного анализа уравнения были получены с помощью весовых коэффициентов, которые для оксидов Li2O, Na2O, K2O вычислялись пропорционально доли германатной, силикатной и боратной части, соответственно. По результатам исследования получена сводная таблица сравнения экспериментальных и расчетных значений энтальпии образования для некоторых борогерманатов калия из которой видно, что отклонение между этими значениями менее 5 %. В работе получены расчетные значения термодинамических функций щелочных борогерманатов и германосиликатов в кристаллическом состоянии.
Бесплатно
Реакционная способность анион-радикала нитросоединения при фотохимическом восстановлении
Статья научная
Анион-радикалы нитробензола и 4 нитрометилбензоата изучены современными методами квантовой химии: BP, MP2, HF (вычисления проводились в квантово-химической программе Orca 5.0.4). Изучены и проанализированы отечественные и зарубежные работы по тематике исследования, определены возможные механизмы реакций анион-радикала нитросоединения в различных условиях. Были вычислены геометрические параметры равновесной молекулы нитросоединения и её анион-радикала, установлено соответствие полученных данных с уже известными ранее. Моделировались реакционные схемы с нейтральными молекулами, такими, как диметилсульфид. Установлено, что в ходе реакции анион-радикал нитросоединения приводит к замедлению протекания реакции фотохимического восстановления, процесс отрыва атома водорода от субстрата не происходит. Рассмотрен перенос заряда с молекулы анион-радикала на диметилсульфид в реальном времени, в результате которого происходит перенос отрицательного заряда на молекулу диметилсульфида и переход анион-радикала нитросоединения в исходное состояние. Проанализировано поведение анион-радикала нитросоединения в реакциях с катионами – протонодонорными молекулами. Подробное изучение механизма возникновения и реакционной способности анион-радикалов нитросоединений позволит наиболее полно изучить реакции фотохимического восстановления нитросоединений.
Бесплатно
Реологические свойства гидрогелей оксигидрата иттрия (III)
Статья научная
Изучены реологические свойства гидрогелей оксигидрата иттрия (III). Гидрогели оксигидрата иттрия обладают выраженными неньютоновскими свойствами. Исследована зависимость вязкости от времени деформации гидрогелей при различных скоростях сдвига.
Бесплатно
