Международный университет природы, общества и человека «Дубна» Кафедра химии, геохимии и космохимии Медведкина Ольга Отчет по научно-исследовательской практике Синтез гидроксосульфатов циркония в гидротермальных условиях Руководители: Ходаковский И.Л., проф., докт. хим. наук Асабина Е.А., доц. Дубна 2009

Место прохождения практики Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского Кафедра химии твердого тела

Цель работы Освоить методы синтеза неорганических соединений циркония и методы диагностики фазового и химического состава синтезированных соединений.

Задачи 1. Синтезировать гидроксосульфаты циркония гидротермальным методом, идентифицировать их и охарактеризовать рентгеновским и др. методами; 2. Для объединенной базы термодинамических данных скопировать pdf-файлы и абстракты статей по термодинамике и физической химии из интернета; 3. Провести поиск информации в систематическом каталоге и статей в ряде журналов, имеющихся в библиотеке Нижегородского университета. Сделать ксерокопии статей, необходимых для написания магистерской работы.

В работе [66McW/LUN] проведен синтез дисульфата циркония и получены гидроксосульфаты циркония гидротермальным гидролизом. Zr(SO 4 ) 2 (H 2 O) 4 был получен растворением ZrOCl 2 (H 2 O) 8 в разбавленной серной кислоте и выпариванием досуха. Растворы из 3- 5 г нейтральной соли в 5 мл воды были помещены в толстостенные трубки Пирекса или в автоклавы и нагревались в интервале температур от 100 до 300º. После нагревания в течение периодов от одного дня до нескольких недель трубки были быстро охлаждены и открыты. Кристаллы были отфильтрованы, промыты водой, и высушены на воздухе. Используя этот метод, были синтезированы ряд основных сульфатов циркония. Были установлены интервалы температур их синтеза: °, Zr 2 (OH) 2 (SO 4 ) 3 (H 2 O) 4 ; º, Zr(OH) 2 SO 4 (I); и °, Zr(OH) 2 SO 4 (II). Второе и третье соединение имеют тот же самый состав, но различные структуры. Методика получения дисульфата и гидроксосульфатов циркония

Методы диагностики состава и синтеза веществ, освоенные в ходе практики Рентгенография является наиболее эффективным дифракционным методом изучения кристаллических веществ. Различают рентгеноструктурный анализ и рентгенофазовый анализ. Объектами исследования являются поликристаллические образцы чаще всего в виде порошков.

Методы диагностики состава и синтеза веществ, освоенные в ходе практики Гидротермальный синтез это получение твердофазных веществ в закрытой системе при использовании воды в качестве растворителя при температуре выше 100ºС. Рис. Тефлоновая ампула для гидротермального синтеза. Рис. Автоклав и печь для гидротермального синтеза.

Синтез дисульфата циркония ZrOCl 2 (H 2 O) 8 + 2H 2 SO 4 = Zr(SO 4 ) 2 (H 2 O) 4 + 2HCl + 5H 2 O По методике из работы [66McW/LUN] берём 4г ZrOCl 2 (H 2 O) 8 и растворяем в 7,2 мл H 2 SO 4 с концентрацией 3,463 моль/л. Раствор выливаем в чашку Петри и оставляем выпариваться на воздухе. Синтезированное вещество выпаривалось на воздухе в течение 18 дней. После того, как вещество высохло, записываем рентгенограмму.

Рентгенограмма дисульфата циркония Рис. Рентгенограмма дисульфата циркония, синтезированного при комнатной температуре. Параметры элементарной ячейки abc По литературным данным (из базы данных) 25,9211,625,53 Экспериментальные25,9111,635,53 Таблица. Параметры элементарных ячеек дисульфата циркония.

Синтез гидроксосульфатов циркония По методике работы [66McW/LUN] гидроксосульфаты циркония могут быть получены как продукты гидротермального гидролиза 3-5г Zr(SO 4 ) 2 (H 2 O) 4 в 5 мл воды. Для гидротермального синтеза Zr 2 (OH) 2 (SO 4 ) 3 (H 2 O) 4 брали 4г реактива Zr(SO 4 ) 2 (H 2 O) 4 и растворяли его в 5 мл воды. Затем раствор помещали в ампулу для гидротермального синтеза, ампулу – в автоклав, автоклав – в печь. Раствор выдерживали примерно 5 часов при температуре от 80ºС до 140ºС. После охлаждения полученные кристаллы центрифугировали и переносили в чашку Петри. Высушивали при комнатной температуре.

Рентгенограмма Zr 2 (OH) 2 (SO 4 ) 3 (H 2 O) 4 Рис. Рентгенограмма Zr 2 (OH) 2 (SO 4 ) 3 (H 2 O) 4. Все рефлексы на рентгенограмме совпадают с рефлексами Zr 2 (OH) 2 (SO 4 ) 3 (H 2 O) 4 из базы данных разве что с небольшим сдвигом вправо. Параметры элементарной ячейки abc По литературным данным (из базы данных) 13,056,5115,09 Экспериментальные12,866,4714,76 Таблица. Параметры элементарных ячеек Zr 2 (OH) 2 (SO 4 ) 3 (H 2 O) 4.

Гидротермальный синтез Zr(OH) 2 SO 4 Zr(OH) 2 SO 4 может быть получен гидротермальным гидролизом при 200ºС. Было проведено 2 опыта: брали 4г реактива Zr(SO 4 ) 2 (H 2 O) 4 и растворяли его в 5 мл воды, затем помещали раствор в ампулу для гидротермального синтеза, ампулу – в автоклав, автоклав – в печь, и выдерживали какое-то время при ~ 200ºС. После охлаждения мы наблюдали прозрачный раствор, кристаллов не выпадало.

Поиск статей по термодинамике и физической химии в интернете Во время прохождения научно-исследовательской практики автором настоящего отчета для объединенной базы термодинамических данных было скопировано более 400 статей из интернета по физической химии и термодинамике из следующих журналов: Journal of Physical Chemistry, Journal of Chemical Thermodynamics, Geochimica et Cosmochimica Acta, Thermochimica Acta, Hydrometallurgy, Icarus, Chemical Geology, Fluid Phase Equilibria, Electrochimica Acta, Planetary and Space Science, Earth and Planetary Science Letters, Physics of the Earth and Planetary Interiors, Applied Geochemistry, Advances in Space Research. Также автором настоящего отчета был проведен поиск информации в каталогах и статей в ряде журналов фундаментальной библиотеки Нижегородского университета и было привезено 14 ксерокопий статей, необходимых для дальнейшего написания магистерской работы.

Спасибо за внимание! Задачи, поставленные на практику, выполнены.