Название: Исследование условий синтеза германатов-висмута (III) в неводных растворителях
Вид работы: реферат
Рубрика: Биология и химия
Размер файла: 18.39 Kb
Скачать файл: referat.me-21067.docx
Краткое описание работы: Уровень развития химии на современном этапе во многом определяется экспериментальными достижениями в синтезе новых веществ и материалов с заданными свойствами.
Исследование условий синтеза германатов-висмута (III) в неводных растворителях
В.В.Девяткин
Уровень развития химии на современном этапе во многом определяется экспериментальными достижениями в синтезе новых веществ и материалов с заданными свойствами. Многообразием уникальных физических и химических свойств обладают соединения со структурой силленита и эвлитина [1, 2]. К подобным соединениям относятся германаты висмута типа Bi2GeO5, Bi4Ge3O12, Bi12GeO20, нашедшие применение в оптоэлектронике, пьезотехнике, голографии, акустооптике, радиоэлектронике, рентгеновской и позитронной томографии. Пространственно-временные модуляторы света, линии задержки телевизионных сигналов, фильтры промежуточной частоты для цветного телевидения, детекторы g - излучения - вот далеко не полный перечень областей применения и приборов, действующих на основе германатов висмута.
Указанные соединения получают твердофазным синтезом, требующим высоких температур, больших энергозатрат и многократного диспергирования компонентов. Поэтому определенный интерес представляет разработка методов получения германатов висмута в мягких условиях, в частности - из растворов. Одной из основных причин, затрудняющих синтез соединений этим методом, является поведение ионов висмута (III) и германат-ионов в водной среде. Первые стабильны в кислых растворах, последние - в щелочных. Обменная реакция между ними неизбежно приводит к соосаждению гидроксида висмута (или его основных солей) и оксида германия. Следовательно, необходимо в первую очередь найти растворители, которые бы стабилизировали одновременно оба исходных компонента, исключая их гидролиз.
В качестве растворителей нами были выбраны глицерин, этиленгликоль (ЭТГ), диметилформамид (ДМФА), этанол. Исходными веществами являлись безводный хлорид висмута (III) и синтезированный нами по методике [3] метагерманат калия K2GeO3. Равновесия в бинарных системах исследовались в водяном (масляном) термостате в интервале температур 25 - 900 C. Температура поддерживалась постоянной с точностью -+ 0,10 C. Систему осадок - насыщенный раствор выдерживали при непрерывном перемешивании в течение 9-10 суток. После установления равновесия проводили количественное определение компонентов. Содержание германия (IV) в растворах определялось методом гравиметрического осаждения германолибдата 8-оксихинолина [4, 5]. Содержание в жидкой фазе ионов Bi3+ количественно определялось комплексонометрическим титрованием с ксиленоловым оранжевым [6,7].
Ранее проведенные исследования [8, 9] показали, что многоатомные спирты и моносахариды образуют с ионами Ge4+ комплексные кислоты, более сильные, чем германиевые. Отношение Ge : L в образующихся комплексах с глицерином равно 1 : 1 и 1 : 2 , с гексолами и гексозами 1 : 2. При низких значениях pH и больших концентрациях GeO2 и лиганда возможно образование полимерных комплексов. Константа нестойкости понижается с увеличением концентрации полиола в растворе [4], что связано с изменением диэлектрической проницаемости последнего, пространственным расположением OH-групп и конформацией лиганда в ряду C2H5OH - ЭТГ - глицерин-глюкоза-галактоза-маннит-фруктоза.
Проведенные нами исследования показали, что растворимость K2GeO3 и BiCl3 увеличивается с ростом температуры линейно. Как следует из данных табл. 1, с увеличением углеродной цепи и числа OH-групп в лиганде в ряду C2H5OH - ЭТГ - глицерин растворимость K2GeO3 и BiCl3 возрастает. Сравнение соответствующих величин используемых растворителей [10] указывает на уменьшение показателей констант автопротолиза (pKai) и увеличение донорных чисел (DN) в указанном ряде растворителей. Малая энергия активации и небольшая сила кислоты-катиона Bi3+ в сравнении с K+ обусловливают меньшую растворимость BiCl3 в ДМФА и C2H5OH, в отличие от K2GeO3. Большой кристаллографический радиус аниона GeO32- также объясняет невысокую растворимость K2GeO3 в ДМФА и С2H5OH, которая увеличивается с ростом способности растворителя сольватировать анионы в ряду C2H5OH - ЭТГ - глицерин. Использование глицерина в качестве среды или добавки к какому-либо растворителю позволяет значительно повысить концентрацию ионов Bi3+ и Ge4+ в растворах.
Исследования [II] показали возможность образования комплексных соединений состава BiCl3 х 6 ДМФА и BiCl3 х 4 ДМСО. Процесс комплексообразования BiCl3 способствует повышению концентрации ионов Bi3+ в указанных средах.
Анализ полученных результатов показывает, что наибольшая растворимость K2GeO3 и BiCl3 наблюдается в сильно ассоциированных растворителях с H-связью, способных к образованию гетеромолекулярных ассоциантов, наименьшая - в апротонном высокодиполярном ДМФА.
Таблица 1. Растворимость BiCl3 и K2GeO3 в неводных растворителях, г/100 г раствора
№ | Система | Температура 0С | |||||||
п/п | 25 | 30 | 40 | 50 | |||||
1 | Глицерин | 33,36 | 33,43 | 34,37 | 35,13 | ||||
BiCl3 | 60 | 70 | 80 | 90 | |||||
35,29 | 36,16 | 36,30 | 36,92 | ||||||
2 | Этанол | 7,44 | 7,47 | 7,69 | 7,85 | ||||
BiCl3 | 7,94 | 8,17 | 8,29 | 8,55 | |||||
3 | ДМФА | 8,04 | 8,14 | 8,23 | 8,32 | ||||
BiCl3 | 8,54 | 8,58 | 8,92 | 9,14 | |||||
4 | ЭТГ | 28,61 | 29,00 | 29,18 | 29,66 | ||||
K2GeO3 | 29,88 | 30,27 | 30,49 | 30,85 | |||||
5 | Этанол | 22,84 | 22,90 | 23,28 | 23,46 | ||||
K2GeO3 | 23,87 | 24,15 | 24,95 | 25,46 | |||||
6 | ДМФА | 24,86 | 25,01 | 25,58 | 26,32 | ||||
K2GeO3 | 26,46 | 27,09 | 27,43 | 27,61 |
С целью изучения возможности синтеза германатов висмута в неводных растворителях исследовалось взаимодействие между компонентами системы BiCl3 - K2GeO3 - C2H5OH методом остаточных концентраций И.В.Тананаева при 250C. При составлении смесей были взяты растворы BiCl3 и K2GeO3 в этаноле с определенными концентрациями соответствующих компонентов. Смеси составляли в следующем порядке: в реакционные сосуды вводили рассчитанный объем раствора K2GeO3 и к нему добавляли исходный раствор BiCl3. Общий объем каждой смеси составлял 50 мл. Растворы с выпавшими осадками перемешивали в течение 14 суток до установления равновесия. После этого жидкие и твердые фазы разделялись фильтрованием и в первых находили остаточные концентрации ионов Bi(III) и Ge(IV) по указанной выше методике. Электропроводность равновесных насыщенных растворов измеряли с помощью реохордного моста P-38. Показатель активности ионов водорода регистрировали на pH-метре pH-150.
Результаты исследования показывают, что остаточные концентрации германат-ионов по мере увеличения отношения c (Bi3+)/с(Ge4+) в исходных растворах уменьшаются. В области щелочных растворов (pH>1,87) ионы висмута (III) отсутствуют в равновесной жидкой фазе, так как полностью реагируют с германат-ионами в строгой стехиометрии. Об этом свидетельствует неизменное отношение количеств висмута (III) и германия (IV) в равновесной твердой фазе, равное 1,33. Осадки с указанным соотношением компонентов были отделены от жидких фаз и промыты этанолом до отрицательного аналитического сигнала на ионы калия (тетрафенилборат) и хлора (нитрат серебра). После прокаливания (5000С) полученной мелкодисперсной фазы и ее химического анализа было установлено, что состав твердой фазы соответствует соединению Bi4 Ge3O12.
Bi Ge
Найдено, % 67,08 17,44
Вычислено
для Bi4Ge3O12
в % 67,11 17,48
В области кислых растворов метагерманат калия образует с хлоридом висмута твердые фазы переменного состава с преимущественным содержанием в осадках германия (VI).
Список литературы
1. Скориков В.М., Каргин В.Ф., Каргин Ю.Ф. //Неорг. материалы. 1984. Т.20. С.20, С.815.
2. Каргин Ю.Ф., Каргин В.Ф., Скориков В.М. Конф. по актуальным проблемам получения и применения сегнето- и пьезоэлектрических материалов. Тез. докл. М.: НИИТ ХИМ., 1984. С.277.
3. Тананаев И.В., Шпирт М.Я. Химия германия. М.: Химия, 1967. 452 с.
4. Назаренко В.А. Аналитическая химия германия. М.: Наука, 1973. 240 с.
5. Гиллебранд В.Ф., Лендель Г.Э., Брайт Г.А., Гофман Д.И. Практическое руководство по неорганическому анализу. М.: Химия, 1966. С.350.
6. Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И. Комплексоны и комплексонаты металлов. М.: Химия, 1988. С.362.
7. Karadarov B.P., Nenova P.P., Ivanova K.P. //J.Inorg. a. Nucl. Chem. 1976. V.38. P.103.
8. Tchakirian A. //Ann. Chim. 1939. V.12. P.415.
9. Назаренко В.А., Флянтикова Г.В. //Журн. неорган. химии. 1963. Т.8. С.1370.
10. Фиалков Ю.Я. Растворитель как средство управления химическим процессом. Л.: Химия, 1990. С.220.
11. Черкасова Т.Г., Татаринова Э.С., Трясунов Б.Г. //Журн. неорган. химии. 1992. Т.37. С.95.
Похожие работы
-
Извлечение висмута из сульфидных многокомпонентных материалов гидрометаллургическим способом
Исследован процесс выщелачивания висмута из сульфидного концентрата соляной кислотой. На основе полученной математической модели предложены оптимальные параметры процесса (концентрация кислоты, температура, время).
-
Взаимодействие хлорида неодима (III) с метагерманатом калия в этаноле
В последние годы получил развитие синтез указанных соединений в мягких условиях, с использованием в качестве растворителей водных и органических сред.
-
Моделирование состава жидких фармформ на основе азотсодержащих органических трииодидов
Известно, что иодсодержащие соединения обладают высокой антимикробной и антивирусной активностью [1]. Синтезированы новые биологически активные соединения - трииодиды азотсодержащих органических катионов.
-
Полимеры, содержащие 6-метилурацил и его производные
Исследовано влияние 6-метилурацила и некоторых его производных на радикальную полимеризацию метилметакрилата. Синтезирован эпоксиакриловый олигомер на основе эпоксидсодержащих урацилов и его полимер.
-
Литий
Литий (лат. Lithium), Li, химический элемент с атомным номером 3, атомная масса 6,941. Химический символ Li читается так же, как и название самого элемента.
-
Применение метода множественной регрессии для оценки значений энергии водородных связей
Метод множественных регрессий дает возможность нахождения характеристик различных дефицитных или отсутствующих свойств. Представлена возможность использования ММР для оценки энергий водородных связей в различных растворителях.
-
Новый углеродный катализатор для химических процессов
Оригинальность разработанного пористого углерод-углеродного материала состоит в использовании двух структурных модификаций графитоподобных материалов (сажи и пироуглерода), имеющих близкую кристаллографическую структуру.
-
Разновидности химических процессов
Исследование брожения. Цепные реакции. Химия экстремальных состояний. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
-
Биохимическая основа
Дальнейшего углубления физиологических концепций учения о наследственности следует ожидать от развития биохимии и эволюционной физиологии. Выяснению этого способствовал, по моему мнению, А. В. Благовещенский.
-
Закономерности окисления расплавов на основе висмута
На основе систематизации экспериментальных данных проанализированы закономерности окисления расплавов на основе висмута. Показано, что решающее влияние на кинетику этого процесса оказывает состав формирующейся окалины.