Физическая химия. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия
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
Свойства комплексонатов металлов, полученных при утилизации гальванических шламов комплексонами
Статья научная
Утилизация гальванических шламов представляет собой приоритетную задачу в плане охраны окружающей среды от загрязнений тяжелыми металлами. Исследованы процессы избирательного действия комплексонов пирокатехина и динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА-Na) по отношению к ионам металлов, содержащихся в гальваническом шламе. На степень извлечения ионов тяжелых металлов из гальванических шламов оказывает влияние строение комплексона: пирокатехин и ЭДТА-Na проявляют селективность по отношению к меди, никелю, хрому, цинку. Степень извлечения ионов металлов повышается при подкислении среды серной кислотой. Подкисление способствует также максимальному отделению осадка от раствора комплексоната. Структура комплексонатов различна: хелатные комплексы с координированным ионом металла в циклах, протонированные комплексы. Структура комплексонатов меди, образованных пирокатехином и ЭДТА-Na, подтверждена методом ЭПР. При обработке суспензии гальванического шлама пирокатехином в спектрах ЭПР фиксируются парамагнитные комплексы меди (ΙΙ) с параметрами: аCu = 7,8 мТл; g = 2,045. Практически одновременно в спектрах ЭПР пирокатехинолятного комплекса зафиксирован еще один сигнал, принадлежащий комплексу меди с меньшей константой расщепления на ядрах меди (аCu = 7,1 мТл) и со значительным сдвигом g-фактора в область низкого поля, g = 2,078. В процессах извлечения ионов металлов их гальваношлама комплексоном ЭДТА-Na зафиксирована суперпозиция сигналов ЭПР. Спектр ЭПР состоит из 5 уширенных компонент СТС: аCu(1) ≈ 6,6; аCu(2) ≈ 5,4 мТл. Значение g1 = 2,078, g2 = 2,043. Предложены структуры комплексонатов металлов с ионом меди. Комплексонаты металлов содержат медь, никель, хром, цинк. В качестве примеси обнаруживаются кальций, железо, следы свинца. Примеси не оказывают влияния на применение комплексонатов в сельском хозяйстве. Оптимизированы параметры процессов утилизации гальванических шламов с применением комплексонов пирокатехина и ЭДТА-Na. Разработана технологическая схема утилизации. Созданы экспериментальные образцы комплексонатов металлов для использования в сельском хозяйстве. При использовании пирокатехина концентрация ионов металлов в полученном растворе составила: медь - 8,0; никель - 5,0; хром - 3,2; цинк - 2,0 мг/л. В случае ЭДТА-Na: медь - 7,8; никель - 4,8; хром - 3,4; цинк - 2,2 мг/л.
Бесплатно
Статья научная
Проведена сравнительная характеристика распределений функций, получаемых на основе электронной плотности и свойств электростатического потенциала на заданном контуре электронной плотности для фосфати хромат-анионов и их протонированных форм с целью исследования возможности использования данных функций в описании относительной сорбционной активности ионов.
Бесплатно
Синергизм бинарных систем пластификаторов для создания миграционно-стойких композиций ПВХ
Статья научная
Проблема миграции пластификаторов из поливинилхлорида (ПВХ) является ключевой при разработке устойчивых полимерных композиций. Одним из перспективных подходов является использование бинарных систем пластификаторов. В данной работе исследована совместимость с ПВХ бинарных смесей диоктилфталата (ДОФ) с эфирами адипиновой кислоты и феноксиэтанола. Методами определения критической температуры растворения и расчета параметров растворимости Хансена (HSP) впервые показан синергетический эффект для таких систем. Установлено повышение совместимости для исследуемых систем по сравнению с индивидуальными эфирами, что выражается в снижении критической температуры растворения. Наибольший синергетический эффект (ΔA ≈ 21 %) зафиксирован для смеси ДОФ с децилфеноксиэтиладипинатом. Расчет параметров HSP подтвердил термодинамическую предсказуемость синергизма: значение критерия RED для всех смесей составило менее 1 (0,55–0,73). Предложен механизм синергизма, основанный на комплементарном действии компонентов. Результаты работы открывают путь к созданию миграционностойких композиций ПВХ.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты исследования сорбционных свойств оксигидратов иттрия, полученных при разных концентрациях ПАВ, различных pH, с применением и без применения термообработки. Концентрации ПАВ соответствуют различным типам мицеллообразования. Установлено, что сорбируемость ионов иттрия монотонно увеличивается с повышением содержания ПАВ в маточном растворе и ростом pH синтеза. Термообработка гелей при 430 °С значительно повышает сорбционные свойства оксигидратов иттрия, но в образцах, полученных с применением ПАВ, приводит к возникновению эффекта снижения сорбируемости ионов иттрия с ростом концентрации сорбата.
Бесплатно
Синтез и кристаллическая структура Марганец-замещенного гексаферрита стронция M иW типа
Статья научная
Статья посвящена синтезу и изучению структуры гексаферрита стронция и гексаферрита стронция, легированного марганцем. Образцы получены при различных температурах в диапазоне 1100-1300 °С методом твердофазного синтеза. Проведен рентген-фазовый анализ, установлены зависимости параметров решетки основных фаз от температуры синтеза. Обнаружено, что при температуре 1300 °С из карбоната стронция и оксида железа (III) образуется однофазный гексаферрит стронция SrFe12O19 M типа, однако при той же температуре, но добавлении в шихту оксида марганца приводит к изменению типа феррита с M на W.
Бесплатно
Синтез и свойства каталитических хемосорбентов на основе оксида титана
Статья научная
В работе были исследованы синтез и свойства каталитических хемосорбентов на основе диоксида титана с добавками ZnO и γ-Al2O3. Цель работы заключалась в том, чтобы получить хемосорбенты с заданными эксплуатационными характеристиками и оценить их потенциал в реакциях деструктивного гидрирования сероорганических соединений. Сероёмкость и гидрирующая способность были измерены статическим методом по адсорбции сероуглерода. Текстурные и морфологические характеристики были определены с использованием рентгенофазового анализа, низкотемпературной адсорбции/десорбции азота и растровой электронной микроскопии. Также было установлено, что добавление оксида алюминия не давало дополнительных рефлексов на рентгенограмме, в отличие от введения оксида цинка. Было установлено, что добавление оксида цинка значительно увеличивало значения удельной поверхности, причём в разы больше ожидаемой, согласно закону аддитивности. И напротив, добавление оксида алюминия не давало ожидаемого прироста площади удельной поверхности. И то, и другое было объяснено через активное взаимодействие фаз. Установлены соотношения компонентов для получения хемосорбентов, обладающих оптимальными прочностными свойствами. Обнаружено, что композит, состоящий из оксидов титана и алюминия, более устойчив к осернению, чем с добавками оксида цинка. Методами РЭМ и низкотемпературной адсорбции/десорбции азота была подтверждена мезопористая структура исследованных образцов, при этом образец, содержащий γ-Al2O3, показал более выраженную десорбционную ветвь и поверхность, состоящую из сферических образований, расположенных в регулярном порядке. Образец с оксидом цинка имел в своем объеме щелевидные поры. Проведено гидрирование тиофена газообразным водородом на исследуемых композитах. Сделан хроматографический анализ получаемого продукта. Доказано, что композиты на основе оксидов титана, цинка и алюминия обладают не только сорбционными свойствами по отношению к сероорганическим соединениям, но также и катализируют их деструктивное гидрирование. Проведенный эксперимент дает представление о синтезе и свойствах каталитических хемосорбентов на основе диоксида титана, подчеркивая влияние добавок и их потенциал для реакций восстановления сероорганических соединений.
Бесплатно
Синтез и структура керамики бизамещенного гексаферрита M-типа BaFe(11,5-x)Ti0,5AlxO19
Статья научная
Развитие научно-технического прогресса невозможно без создания новых функциональных материалов. Одним из классов таких материалов являются гексагональные ферриты. Наличие у них уникальных физических свойств делает их незаменимым материалом для производства элементов высокочастотной электроники. Широкое внедрение в повседневную жизнь высокочастотной электроники за последнее десятилетие вызвало большой интерес к гексагональным ферритам. Число публикаций, посвященных синтезу моно- и бизамещенных ферритов с каждым годом заметно возрастает. Модификация химического состава феррита путем замещения части атомов железа другим элементом, без изменения его структуры, приводит к изменению физических свойств материала. Варьирование свойств конечного феррита путем изменения его химического состава представляет интерес и является перспективным для точной настройки свойств материала под конкретную задачу. Целью представленной работы является экспериментальное изучение возможности синтеза феррита со структурой магнетоплюмбита, в котором атомы железа частично замещены атомами Al и Ti. Обзор научной литературы по данной проблеме показал отсутствие публикаций по ферритам с таким набором замещающих элементов. В качестве методов исследования в данной работе применяли рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ, электронную микроскопию и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию. В представленной работе приведены результаты экспериментального исследования возможности получения бизамещенного феррита M-типа состава BaFe(11,5 - x)Ti0,5AlxO19, где x(Al) = 0,1; 0,5; 1. В качестве метода получения образцов использовали твердофазный синтез. Данный метод лишен технологических трудностей и является перспективным с точки зрения его масштабирования для синтеза феррита. Спекание образцов производили при трех различных температурах: 1300, 1350 и 1400 °С. В работе показано, что в диапазоне температур 1300-1400 °С происходит формирование монофазных образцов. Произведен расчет параметров кристаллической решетки. Выявлено влияние температуры и концентрации замещающего элемента на изменение параметров кристаллической решетки материала. Исследование методом электронной микроскопии позволило выявить наличие скрытой микропористости образцов.
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
Синтез и электрохимические характеристики катодного материала LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2
Статья научная
Исследованы условия синтеза LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 с двумя видами внутреннего органического топлива: поливинилового спирта и аминоуксусной кислоты (глицина). Рассмотрено влияние природы органического компонента на электрохимические характеристики материала.
Бесплатно
Синтез мезопористых стеклоуглеродных материалов
Статья научная
Исследованы продукты обжига полимера на основе фурановой смолы, модифицированного поверхностно-активным веществом и растворителем. Материалы изучены с помощью электронной микроскопии. Выявлена область составов растворов, в которой образуется биконтинуальная структура в виде связанной трехмерной сетки из капель полимера. Размер капель изменяется от 0,3 до 1,5 мкм.
Бесплатно
Синтез нано- и микрокристаллов ZnO путем перекристаллизации в замкнутом объеме
Статья научная
Методами рентгенографии и электронной микроскопии исследовано влияние давления водяного пара на дисперсный состав и габитус кристаллов ZnO, формирующегося при термообработке Zn(OН) 2 в замкнутом объеме при 450 °С. Показано, что увеличение парциального давления паров воды при термообработке гидроксида цинка в замкнутом объеме путем предварительного добавления в реакционную зону дистиллированной воды способствует формированию стержнеобразных микрокристаллов оксида цинка. При термообработке Zn(OH) 2 в замкнутом объеме без добавления воды образуется нанокри сталлический ZnO без признаков анизотропии формы.
Бесплатно
Синтез, структура и свойства Zn0,3Ni0,7-xCoxFe2O4 (x = 0-0,6) феррита
Статья научная
Резюме: Ni-Zn ферриты со структурой шпинели уже на протяжении многих лет активно используют в качестве разнообразных компонент для радиочастотных устройств. Проведен анализ современной научной литературы в результате чего был определен легирующий элемент, который будет менять комплекс физико-химических свойств исходной матрицы Ni-Zn феррита. В работе представлены результаты исследования феррита с общей формулой Zn0,3Ni0,7-xCoxFe2O4, где x принимает значения от 0 до 0,6 с шагом 0,2. Помимо легирующего элемента на свойства исследуемых образцов влияет подбор метода получения материала, а также температурно-временной режим синтеза. Исследуемые образцы были получены методом твердофазного синтеза в трубчатой печи с карбидокремниевыми нагревателями при температуре спекания 1150 °С в течение 5 часов изотермической выдержки. Задача этого исследования состоит в том, чтобы получить новые составы никель-цинкового феррита с допированием кобальтом по уже известной технологии для более широкого концентрационного диапазона, а также в исследовании их свойств. Проведен анализ химического состава на сканирующем электронном микроскопе Jeol JSM 7001F, оборудованном рентгено-дисперсионным спектрометром Oxford INCA X-max 80 для определения фактической брутто-формулы спеченных образцов, результаты которого хорошо согласуются с теоретическими заданными формулами. В результате рентгенофазового анализа (Rigaku Ultima IV) установили, что все исследуемые образцы монофазные и обладают структурой шпинели с Fd-3m пространственной группой. Параметры элементарной ячейки монотонно возрастают при увеличении концентрации кобальта x(Co) (от 8,3643(4) Å до 8,3983(4) Å). В результате исследования кривых ДСК (Netzsch, STA 449 F1 Jupiter) выяснили, что частичное замещение ионов Ni и Zn ионами кобальта приводит к снижению температуры Кюри (от 341 °С до 419 °С). Так как детали из ферритов используют в различных температурных условиях, такое легирование дает возможность эффективно управлять диапазоном рабочих температур материала.
Бесплатно
Созревание Оствальда как механизм иерархической структурной эволюции фосфата титана
Статья научная
Контроль роста нано- и микроструктур оксидных материалов металлов становится все более актуальным, поскольку позволяет тонко регулировать их функциональные свойства. Поэтому в области материаловедения активно разрабатывается множество методов направленного синтеза субстратов с развитой морфологией, высокой степенью кристалличности и значительной удельной поверхностью. Несмотря на значительные успехи в этой области, необходимо отметить отсутствие единого методологического подхода и, как следствие, целостного представления о структурообразовании сложных и иерархически-структурированных материалов. Фосфаты титана (TiP) – обширная группа материалов, состоящих из распространенных элементов, которые представляют собой универсальную платформу для создания материалов с регулируемой морфологией и элементным составом. Благодаря простоте синтеза и модификации на их основе получены различные сорбенты, катализаторы, электроды для накопителей энергии и полимерные добавки. Формирование иерархических структур на основе фосфатов титана, существенно превосходящих по сложности регулярные микро- и наноструктурированные, позволило получить субстраты со значительным приростом функциональности. Несмотря на перспективность исследований в этом направлении, вопросам управления механизмом формирования иерархической структуры TiP в научной литературе уделено мало внимания. В данной работе проведён анализ влияния основных термодинамических параметров гидротермальной обработки на формирование микросферического фосфата титана. Установлено, что размер микросфер TiP изменяется в соответствии с механизмом оствальдовского созревания при полном сохранении иерархической структуры. Наблюдаемые отклонения от этого механизма при высоких концентрациях фосфорной кислоты объяснены с учётом активной роли фосфат-анионов в росте микросфер. Также рассмотрены особенности изменения морфологии составляющих микросферы структурных элементов в более жёстких условиях длительной гидротермальной обработки.
Бесплатно
Статья обзорная
Представлены сорбционные свойства индивидуальных и смешанных цирконо- и силикагелей, полученных золь-гель методом при разных рН синтеза. Смешанные гели синтезированы с различным порядком ввода гелеобразующих компонентов в маточный раствор. Сорбционные свойства полученных образцов изучены по отношению к ионам кальция и иттрия. Смешанные гели оксигидрата циркония и кремниевой кислоты обладают на порядок более высокой сорбционной ёмкостью, по сравнению с индивидуальными силикагелями и цирконогелями.
Бесплатно
