Синтез складнооксидних сполук тривалентних металів з лужнофосфатно-молібдатних (вольфраматних) розплавів

Дослідження процесів кристалізації у лужнофосфатно-молібдатних (вольфраматних) розплавах, що містять оксиди тривалентних металів. Взаємозв’язок між складом вихідного розплаву-розчинника та одержаної фази, виявлення будови та властивостей сполук.

Рубрика Химия
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 26.09.2015
Размер файла 94,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

УДК 546.185'(776+786)

Автореферат

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

Синтез складнооксидних сполук тривалентних металів з лужнофосфатно-молібдатних (вольфраматних) розплавів

02.00.01 - неорганічна хімія

Теребіленко Катерина Володимирівна

КИЇВ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі неорганічної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Науковий керівник:член-кореспондент НАН України, доктор хімічних наук, професор, Слободяник Микола Семенович Київський національний університет імені Тараса Шевченка, завідувач кафедри неорганічної хімії

Офіційні опоненти:член-кореспондент НАН України, доктор хімічних наук, професор, Присяжний Віталій Дем'янович Міжвідомче відділення електрохімічної енергетики НАН України, директор

доктор хімічних наук, професор Копілевич Володимир Абрамович Природничо-гуманітарний навчально-науковий інститут національного аграрного університету, директор

Захист відбудеться « 23 » червня 2009 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.03 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01601, м. Київ, вул. Володимирська, 64.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01601, м. Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий « 19 » травня_ 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, д.х.н., професорО. В. Іщенко

кристалізація молібдатний тривалентний метал

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розплавлені молібдати та вольфрамати лужних металів широко використовуються для вирощування монокристалів багатьох оксидних сполук з нелінійно-оптичними, сцинтиляційними, люмінесцентними властивостями та ін. Зокрема такі розплави є зручним середовищем для отримання промислово важливих кристалів та синтезу нових сполук на основі фосфатних матриць. В той же час дослідження процесів взаємодії та закономірностей кристалізації у багатокомпонентних фосфатно-молібдатних (вольфраматних) розплавах у більшості випадків носить епізодичний характер. Для таких систем нез'ясованими залишаються питання взаємовпливу співвідношень вихідних компонентів на склад та будову продуктів кристалізації, а також можливості реалізації процесів взаємозаміщення аніонів у кристалічних матрицях фосфатної чи молібдатної (вольфраматної) природи або синтезу змішаноаніонних сполук нових структурних типів. Наявність різних типів аніонів має безпосередній вплив на спектральні характеристики кристалів, зокрема люмінесцентні властивості, що зумовлено зміною локального оточення центрів світіння. Це суттєво розширює можливості щодо удосконалення відомих фосфорів та створення нових матеріалів з необхідними спектральними характеристиками. Не менш важливим також є з'ясування впливу природи лужного та полівалентного металів, які складають базис кристалічних матриць, як на принципи структуроутворення конкретних сполук, так і на оптичні властивості потенціальних люмінофорів.

Таким чином, актуальність дослідження визначається необхідністю розробки наукових основ щодо цілеспрямованого синтезу складнооксидних сполук у багатокомпонентних розплавлених системах фосфатно-молібдатної (вольфраматної) природи, з'ясуванню для них взаємозв'язків між складом і будовою та окресленню практичного застосування як неорганічних люмінофорів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано у рамках систематичних досліджень по синтезу складних фосфатів на основі лужних і полівалентних металів у сольових розчин-розплавах, встановленню особливостей їх будови та властивостей, що проводяться на кафедрі неорганічної хімії Київського національного університету імені Тараса Шевченка за держбюджетною темою „Bплив складу, структури та методів одержання на властивості оксидних керамічних та монокристалічних матеріалів” (номер державної реєстрації 0106 U005892).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є проведення систематичного дослідження процесів кристалізації у лужнофосфатно-молібдатних (вольфраматних) розплавах, що містять оксиди тривалентних металів, яке направлене на встановлення взаємозв'язку між складом вихідного розплаву-розчинника та одержаної фази, з'ясування впливу природи тривалентного металу на такі кореляції; а також виявлення особливостей будови та властивостей одержаних сполук.

Для досягнення поставленої мети необхідним було вирішення наступних задач:

1. Дослідити взаємодію оксидів або фторидів тривалентних металів з розплавами-розчинниками типу MI2O-P2O5-MO3 (MI - лужний метал, M - Mo, W) та з'ясувати умови кристалізації у таких системах складнооксидних сполук;

2. Визначити області утворення індивідуальних сполук, оптимізувати умови їх синтезу та розробити ефективні методики вирощування кристалів фосфатів, молібдатів (вольфраматів) чи змішаноаніоних сполук на основі тривалентних металів;

3. Дослідити будову одержаних кристалічних матриць, виявити їх структурні особливості та проаналізувати взаємозв'язки між умовами отримання, складом та будовою синтезованих сполук;

4. Охарактеризувати нові синтезовані сполуки спектральними методами, легувати отримані кристалічні матриці лантаноїдами, дослідити їх люмінесцентні властивості та окреслити перспективи практичного використання.

Об'єкт дослідження. Об'єктом дослідження є розчин-розплави систем МІ2O-MIIІ2O3(MIIIF3)-P2O5-MO3 (MI - Li, Na, K; MIII - Fe, Ga, In, Sc, Y, La-Lu, Bi), сполуки загального складу MI3MIII(PO4)2, MI3MIII2(PO4)3, MIIIPO4, K2MIІI2(PO4)2(MO4), MI2MIII(PO4)(MO4), MIMIII(MO4)2 та леговані лантаноїдами кристалічні матриці на їх основі.

Предмет дослідження. Виявлення закономірностей кристалізації фосфатів, молібдатів (вольфраматів) чи змішаноаніоних сполук на основі тривалентних металів у лужнофосфатно-молібдатних (вольфраматних) розчин-розплавах.

Методи дослідження. Склад синтезованих сполук встановлено за результатами атомно-емісійного та енергетично-дисперсійного рентгенфлюоресцентного аналізу. Одержані сполуки охарактеризовано методами ІЧ- та ЕПР- спектроскопії, а їх будову з'ясовано з використанням РСА монокристалів та порошкової рентгенографії. Для ряду легованих матриць проведено спектрально-люмінісцентні дослідження при температурах 4,2 та 300 К.

Наукова новизна одержаних результатів. Встановлено закономірності кристалізації фосфатів, молібдатів (вольфраматів) та змішаноаніоних сполук на основі тривалентних металів у лужнофосфатно-молібдатних (вольфраматних) розчин-розплавах. З'ясовані взаємозв'язки між співвідношеннями компонентів у вихідному розплаві-розчиннику, складом одержаних кристалічних фаз, природою тривалентного металу та будовою синтезованих сполук. Розроблено методики синтезу та вирощування кристалів ряду нових та відомих складнооксидних сполук. Виявлені можливості направленого заміщення у кристалічних матрицях фосфатних позицій молібденом (VI) або вольфрамом (VI) в умовах розчин-розплавної кристалізації.

Встановлено утворення ізоструктурних рядів для фосфатів та змішаноаніоних сполук в залежності від природи тривалентного металу (іонного радіусу, координаційних вимог). Охарактеризовано будову сполук, що належать до трьох нових структурних типів. Встановлені кореляції між будовою та спектроскопічними характеристиками одержаних фаз.

Досліджено спектрально-люмінісцентні властивості вихідних та легованих РЗЕ бісмутвмісних фосфатів, молібдатів і фосфато-молібдатів. Розглянуто вплив локального координаційного оточення європію (ІІІ) у різних типах матриць на його люмінесценцію.

Практичне значення одержаних результатів. Встановлені закономірності кристалізації у лужнофосфатно-молібдатних (вольфраматних) системах розширили можливості ефективного застосування зазначених розчин-розплавів для синтезу та вирощування кристалів фосфатів, молібдатів (вольфраматів) та змішаноаніонних сполук на основі тривалентних металів, а також отримання легованих РЗЕ кристалічних матриць. Заміщення фосфатних тетраедрів у кристалічних каркасах відповідними молібдатними або вольфраматними поліедрами відкривають нові перспективи щодо цілеспрямованого впливу на спектральні та електрофізичні характеристики сполук, які є основою сучасних функціональних матеріалів.

Запропоновані методики синтезу легованих РЗЕ сполук, які за результатами спектрально-люмінесцентних досліджень можуть претендувати на створення нових ефективних люмінофорів у червоній та зеленій області спектру.

Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто проводив експериментальні дослідження, обробку та попередній аналіз отриманих результатів, ряд спектрально-люмінесцентних досліджень, а також приймав активну участь у плануванні і постановці задач роботи. Автором разом з д.ф.-м.н., проф. Недільком С.Г. проаналізовано та інтерпретовано результати спектроскопічних досліджень. Здобувач приймав активну участь у остаточних розрахунках результатів рентгеноструктурних експериментів та проведенні кристалохімічного аналізу для ряду синтезованих сполук. Постановка первинних задач, обговорення та остаточний аналіз отриманих результатів проводились за участю наукового керівника член-кор. НАН України, д.х.н., проф. Слободяника М.С. та к.х.н., с.н.с. Затовського І.В. Структурні дослідження одержаних сполук проведено у співробітництві з д.х.н., проф. Шишкіним О.В. і к.х.н., с.н.с. Баумером В.М. (НТК „Інститут монокристалів” НАН України, м. Харків) та д.х.н., с.н.с. Домасевичем К.В. Запис ЕПР-спектрів виконано к.х.н., с.н.с. Вороною І.П. (Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України). Вимірювання люмінесцентних характеристик легованих матриць та обговорення одержаних результатів проводилося при сприянні д.ф.-м.н. Неділька С.Г., інж. Щербацького В.П. (фізичний факультет Київського національного університету імені Тараса Шевченко) та д.ф.-м.н. Рудько Г.Ю. (Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України).

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались на Міжнародній конференції молодих вчених «Ломоносов - 2006» (Москва, МГУ, 2006 р.), VІІ та VIII Всеукраїнській конференції студентів та аспірантів „Сучасні проблеми хімії” (Київ, 2006, 2007 рр.), ІІ Всеукраїнській науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих учених НТУУ ”КПІ” (Київ, 2007 р.) та представлено у вигляді стендових доповідей на ХІ науковій конференції “Львівські хімічні читання - 2007” (Львів, 2007 р.), ХVIІ Українській конференції з неорганічної хімії (Львів, 2008 р.) та IX Міжнародній конференції молодих науковців по оптиці та високотехнологічному матеріалознавству “SPO 2008 Optics and High Technology Material Science” (Київ, 2008 р.).

Публікації. Основний зміст роботи викладено у 7 статтях та 7 тезах доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація викладена на 190 сторінках і складається з вступу, шести розділів, висновків та переліку використаних джерел (229 найменувань), містить 78 рисунків та 48 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі дослідження, показано наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів.

У першому розділі подано огляд наукової літератури відповідно до теми дисертаційної роботи. Проведено порівняльний аналіз основних структурних мотивів, які характерні фосфатам, молібдатам та вольфраматам. Основну увагу приділено сполукам на основі лужних та тривалентних металів, а також сполукам з двома тетраедричними аніонами. Проаналізовано особливості одержання складнооксидних сполук в умовах розчин-розплавної кристалізації для систем фосфатно-молібдатної (вольфраматної) природи. На основі літературних даних зроблено висновок, що підходи до методів синтезу складних оксидних сполук, які містять різні аніонні групи, на сьогодні знаходяться у стадії розробки, а кристалографічні критерії закономірностей їх формування встановлено лише в поодиноких випадках. Окремі дослідження процесів кристалізації у поліаніоних розчин-розплавах проводяться здебільшого фізиками та мають несистематичний характер.

У другому розділі наведено перелік використаних у роботі реактивів та викладено методики синтезу вихідних речовин. Описано постановку експерименту, підходи до дослідження кристалізації у розчин-розплавах, охарактеризовано використані фізико-хімічні та аналітичні методи дослідження отриманих сполук.

У третьому розділі представлено результати досліджень взаємодії та кристалізації у розчин-розплавах систем МІ2O-MIII2O3-P2O5-MoO3 (MI - Na, K; MIII - Fe, Sc, Ga, In, Y, La-Nd, Sm-Lu, Bi) та МІ2O-MIIIF3-P2O5-MoO3 (MIII - Y, La-Nd, Sm-Lu). У більшості випадків склад вихідних розплавів-розчинників відповідав співвідношенням у межах псевдобінарних розрізів MIРO3-MI2Mo2O7 та MI4Р2O7-MI2MoO4. На першому етапі експериментально визначали вміст тривалентного металу у розплавах, який одночасно забезпечує гомогенність розплаву при 900-1100С та формування кристалічних фаз у процесі їх спонтанної кристалізації при охолодженні систем до 500-700С. У подальшому закономірності фазоутворення детально досліджували при фіксованій кількості оксиду (фториду) - від 5 до 20% мол. в залежності від природи оксиду металу (ІІІ). Одержані поля кристалізації сполук наносили на трикутник складу вихідних розплавів-розчинників МІ2MоO4-MоO3-MIPO3 таким чином, щоб будь-яка точка всередині трикутника (І2MоO4; yMоO3; zMIPO3) співвідносилася зі складом гомогенного розплаву як (100-а)І2MоO4 + (100-а)yMоO3 + (100-а)zMIPO3 + аMIІІ2O3(MIІІF3), де а - фіксована кількість оксиду чи фториду.

Для Fe-вмісних систем (Fe2O3 10% мол.) виявлено області кристалізації МІFeP2O7, МІ3Fe2(PO4)3, K2Fe2(PO4)2(MoO4) та Fe2О3. В загальному випадку їх кристалізація відбувається в інтервалі температур 900-580С (табл. 1). У ряді випадків зафіксовано вплив співвідношень компонентів розплаву на морфологію вирощених кристалів у полі їх утворення. Так, для KFeP2О7 по мірі збільшення MoO3 у розплаві ускладнюється габітус: від шести простих форм голкоподібних кристалів до призматичних, далі до псевдогексагональних, а при максимальному вмісті MoO3 - найбільш складний набір простих форм.

Результати спонтанної кристалізації у Sc-вмісних системах виявили ряд спільних рис з відповідними для феруму, а саме: наявні області формування фосфатів та змішаноаніонних сполук. Відмінними є лише області, що багаті фосфатною (утворення ScPO4) або молібдатною (кристалізація KSc(MoO4)2) компонентою. Співставлення закономірностей для Fe- та Sc-вмісних систем показало, що області існування змішаноаніонних сполук близькі (рис. 1). Отже, саме в цій області відбувається конкурентне заміщення аніонів у кристалічній гратці.

Таблиця 1 Області та умови кристалізації у системах МІ2MоO4-MоO3-MIPO3 (MI = Na, K).

Склад розплаву-розчиника, % мол.

Температурний інтервал кристалізації, С

Отримані продукти кристалізації

МІ2MоO4

MоO3

MIPO3

Na2MоO4-MоO3-NaPO3, 10% мол Fe2О3

0 - 15

0 - 18

75 - 100

720 - 580

NaFeP2O7

10 - 60

10 - 50

15 - 62

700 - 620

Na3Fe2(PO4)3

20 - 70

0 - 12,5

0 - 12,5

890 - 780

Fe2О3

K2MоO4-MоO3-KPO3, 10% мол Fe2О3

8 - 35

10 - 55

15 - 63

760 - 590

KFeP2O7

18 - 37

8 - 55

15 - 48

740 - 600

KFeP2O7+K2Fe2(PO4)2(MoO4)

31 - 47

27 - 50

15 - 28

650 - 600

K2Fe2(PO4)2(MoO4)

37,5 - 50

28 - 50

12,5 - 20

720 - 620

K2Fe2(PO4)2(MoO4)+ Fe2О3

38 - 57

15 - 18

28 - 43

760 - 640

K3Fe2(PO4)3

56 - 87,5

12,5 - 45

0 - 20

900 - 820

Fe2О3

Взаємодію у системах, які містили Ga2О3 чи In2О3, детально досліджено в межах розрізів MI2Mo2O7-MIPO3 та MI2Mo2O7-MI4P2O7. Для Na-вмісних розплавів характерним є склування (вміст MIІІ2O3 до 25 % мол.). У розчин-розплавах К2Mo2O7-КPO3 (15 % мол. MIІІ2O3) в межах 670-520С відбувається формування MIІІРO4 (MIІІ - Ga, In) та KIn(МоO4)2 (розплави Р/Мо0,1). У розрізі K2Mo2O7-K4P2O7-In2O3 у широких межах співвідношень компонентів основним продуктом є K3In(PO4)2, а для діапазону 25-35 % мол K4P2O7. + 65-55 % мол. K2Mo2O7 також утворюється новий фосфат K3In3(PO4)4.

Для прискорення досягнення гомогенності у Y-вмісних системах використано не лише Y2O3, а й YF3. Гомогенність розплавів, що містили 5 % мол. Y2O3 досягалася при 1050-1100С за 3 год., а YF3 розчиняється за 30 хв. вже при 1000С. Фторид зменшує в'язкість розплавів та понижує температури початку кристалізації, а також впливає на формування границь областей кристалізації сполук. Результати кристалізації в межах вихідних розрізів MIPO3-MI2MoO4-MoO3 (MI - Na, K) наведено у табл. 2. Спільним для систем є існування областей утворення YPO4, MI3Y(PO4)2 та MI2Y(PO4)(MoO4), а у К-вмісній системі також кристалізуються КYP2O7 та K5Y(MoO4)4.

Таблиця 2 Області та умови кристалізації у системах МІ2MоO4-MоO3-MIPO3 (MI - Na, K) при вмісті Y2О3 5 % мол.

Склад розплаву-розчиника, % мол.

Температурний інтервал кристалізації, С

Отримані продукти кристалізації

МІ2MоO4

MоO3

MIPO3

Na2MоO4-MоO3-NaPO3, 5 % мол Y2О3

12,5 - 62

0 - 50

12,5 - 95

850 - 670

YPO4

50 - 63

28 - 43

8 - 14

820 - 720

Na2Y(PO4)(MoO4)+YPO4

68 - 77

0 - 13

25 - 32

900 - 880

Na3Y(PO4)2

K2MоO4-MоO3-KPO3, 5 % мол Y2О3

12,5 - 62

0 - 50

12,5 - 95

900 - 750

YPO4

50

37 - 42

8 - 12,5

890 - 800

K2Y(PO4)(MoO4)+YPO4

50 - 75

0 - 30

12,5 - 50

880 - 820

YPO4+KYP2O7

75 - 88

-

12 - 25

920 - 850

K3Y(PO4)2

50

50

0

720 - 600

K5Y(MoO4)4

Кристалізацію у розплавах, які містили тривалентні лантаноїди, досліджували у бінарних розрізах MIРO3-MI2Mo2O7, 0,5(MI4Р2O7ЧMIРO3)-MI2Mo2O7 та MI4Р2O7-MI2MoO4 (MI- Na, K), MIІІ2O3 (MIІІ- La, Nd-Gd, Dy-Lu) або MIІІF3 (MIІІ - La-Lu). Експериментально встановлено, що розчинність оксидів незначна навіть при 1150С. Тому їх вміст задавали на рівні 5 % мол., а у ряді випадків застосовано фториди лантаноїдів у кількості до 7 % мол.. MIIIF3 розчиняли при 950С за 1-2 год. та проводили кристалізацію до 780-620С. У загальному випадку зафіксовано формування сполук трьох типів: MIІІРO4, MI3MIІІ(PO4)2 та MI2MIІІ(PO4)(MoO4) (MI - Na, K; MIII - La-Lu), що наведено у табл. 3. Для всіх лантаноїдів у розплавах MIРO3-MI2Mo2O7 утворюються ортофосфати MIІІРO4 зі структурою монациту (La-Gd) або ксенотиму (Tb-Lu). Кристали MIІІРO4 формуються як прозорі призми з розмірами до 0,5Ч2,0Ч4,0 мм. При переході до розрізу 0,5(MI4Р2O7ЧMIРO3)-MI2Mo2O7 для ряду La-Nd характер фазоутворення не змінюється, однак, вже у випадку самарію додатково з'являється K2Sm(PO4)(MoO4). Для ряду Eu-Er фосфато-молібдати виділено у чистому вигляді (інтервал кристалізації 700-640°С), тоді як при переході до тулію знову утворюється суміш TmPO4 + K2Tm(PO4)(MoO4). У Na-вмісній системі сполуки Na2MIII(PO4)(MoO4) виділено лише у випадку Ho-Tm, однак, лише як домішка до основного продукту - MIIIPO4. Для ітербію та лютецію єдиними продуктами є ортофосфати. Збільшення співвідношень MI/Р та MI/Mo (розріз MI4Р2O7-MI2MoO4) призводить до кристалізації подвійних ортофосфатів MI3MIII(PO4)2. Сполуки Na3MIII(PO4)2 утворюються в інтервалі 780-700С як витягнуті призматичні кристали (до 15 мм). Ортофосфати К3MIII(PO4)2 формуються за температур 950-850С як голчасті (ряд La-Sm) або шестигранні кристали (ряд Eu-Lu).

Аналіз закономірностей формування полів утворення сполук пов'язано з кислотно-основною рівновагою розплавів-розчинників. Обмежимося лише наступними схемами:

2MIPO3 + MI2Mo2O7 MI4P2O7 + 2MоO3

2MIPO3 + 2MI2MoO4 MI4P2O7 + MI2Mo2O7 2MI3РO4 + 2MoO3

MI4P2O7 + 2MI2MoO4 2MI3РO4 + MI2Mo2O7

Формування сполук лантаноїдів у таких розплавах найбільш ймовірно відповідає схемам:

4MIPO3 + MIII2O3 = 2MIIIPO4 + MI4P2O7

2MI4P2O7 + MI2Mo2O7 + MIII2O3 = 2MI2MIII(PO4)(MoO4) + 2MI3PO4

3MI4P2O7 + MIII2O3 = 2MI3MIII(PO4)2 + 2MI3PO4

Таблиця 3 Сполуки, які утворюються в розплавах розрізів MIРO3-MI2Mo2O7, 0,5(MI4Р2O7ЧMIРO3)-MI2Mo2O7 та MI4Р2O7-MI2MoO4, які містять 5 % мол. MIІІ2O3 або 7 % мол. MIIIF3 (MIII-La-Lu)

Ln

Сполуки, що утворюються у системах

MIРO3-MI2Mo2O7

0,5(K4Р2O7ЧKРO3)-K2Mo2O7

MI4Р2O7-MI2MoO4

0,5(Na4Р2O7ЧNaРO3)-Na2Mo2O7

La

LaPO4

LaPO4

MI3La(PO4)2

LaPO4

Ce

CePO4

CePO4

MI3Ce(PO4)2

CePO4

Pr

PrPO4

PrPO4

MI3Pr(PO4)2

PrPO4

Nd

NdPO4

NdPO4

MI3Nd(PO4)2

NdPO4

Sm

SmPO4

K2Sm(PO4)(MoO4) + SmPO4

MI3Sm(PO4)2

SmPO4

Eu

EuPO4

K2Eu(PO4)(MoO4)

MI3Eu(PO4)2

EuPO4

Gd

GdPO4

K2Gd(PO4)(MoO4)

MI3Gd(PO4)2

GdPO4

Tb

TbPO4

K2Tb(PO4)(MoO4)

MI3Tb(PO4)2

TbPO4

Dy

DyPO4

K2Dy(PO4)(MoO4)

MI3Dy(PO4)2

DyPO4

Ho

HoPO4

K2Ho(PO4)(MoO4)

MI3Ho(PO4)2

Na2Ho(PO4)(MoO4) +HoPO4

Er

ErPO4

K2Er(PO4)(MoO4)

MI3Er(PO4)2

Na2Er(PO4)(MoO4) + ErPO4

Tm

TmPO4

K2Tm(PO4)(MoO4) + TmPO4

MI3Tm(PO4)2

TmPO4+Na2Tm(PO4)(MoO4)

Yb

YbPO4

YbPO4

MI3Yb(PO4)2

YbPO4

Lu

LuPO4

LuPO4

MI3Lu(PO4)2

LuPO4

При кристалізації в усіх випадках відбувається збільшення основності залишкового розплаву (формальне збагачення розплаву MI2O), тобто поступовий «дрейф» від розрізу MIPO3-MI2Mo2O7 до MI4Р2O7-MI2MoO4.

Швидкість насичення розплаву MI2O сповільнюється при утворенні ряду сполук MIIIPO4 MI2MIII(PO4)(MoO4) MI3MIII(PO4)2, що й зумовлює формування областей їх кристалізації та співіснування (рис. 2).

Для Bi-вмісних систем склад продуктів кристалізації залежав від природи лужного металу. У розплавах Li2O-Bi2O3-P2O5-MoO3 утворюються сполуки трьох типів: високо-температурна модифікація BiPO4, г-Li3PO4 та Li8Bi2(MoO4)7. Формування BiPO4 відбувається за значного вмісту фосфатів літію ( 50 %мол.) у розплавах, г-Li3PO4 - за переваги молібдату, а подвійний молібдат - лише поблизу розрізу Bi2O3-Li2Mo2O7.

У розчин-розплавах MI2O-Bi2O3-P2O5-MoO3 (MI - Na, K) наявні області формування наступних сполук: Na3Bi(PO4)2, BiPO4, NaBi(MoO4)2, K3Bi5(PO4)6, K2Bi(PO4)(MoO4), K5Bi(MoO4)4. Межі областей утворення фаз у цих системах суттєво відрізняються (табл. 4). У К-вмісніих розплавах бінарний розріз K2Mo2O7-KPO3 розсікає трикутник складу розплаву на дві частини, причому у другому потрійному розрізі K2Mo2O7- MoO3-KPO3 формуються лише фосфати (рис. 3). Для останньої системи характерним є наявність досить широких областей співкристалізації одержаних сполук. У випадку Cs-вмісної системи також отримано Cs2Bi(PO4)(MoO4), що кристалізується у межах бінарного розрізу Cs2Mo2O7-CsPO3 (вміст Bi2O3 - 15 % мол.).

Для синтезованих сполук інтерпретовано їх ІЧ-спектри. Для MI2MIII(PO4)(МоO4) набір смуг обумовлено одночасною присутністю РО4 - (область 960-1100 см-1) та МоО4 -тетраедрів (900-940 см-1). Більш детальне віднесення смуг поглинання для сполук типів K2MIІI2(PO4)2(MO4), MI2MIII(PO4)(MO4), MI3MIII(PO4)2 та K3Bi5(PO4)6 було виконано базуючись на проведених структурних дослідженнях.

Таблиця 4 Поля кристалізації у системах MI2MoO4-MoO3- MIPO3 (MI - Na, K), вміст Bi2O3 15% мол.

Отримані продукти

Склади розчинів-розплавів, мол %

Температурний інтервал кристалізації, °С

MoO3

МІ2MoO4

МІPO3

Na2MoO4-MoO3-NaPO3-Bi2O3

Na3Bi(PO4)2

5-21

27-54

33-61

720 - 620

BiPO4

26-42

2-16

40-70

530 - 460

NaBi(MoO4)2

29-42

29-42

25-40

750 - 650

K2MoO4-MoO3-KPO3-Bi2O3

K2Bi(PO4)(MoO4)

6-12

25-61

27-70

780 - 730

K5Bi(MoO4)4

16-43

42-75

8-24

640 - 600

K3Bi5(PO4)6

8-29

12-22

47-78

560 - 510

K3Bi5(PO4)6 + K2Bi(PO4)(MoO4)

30-33

30-33

33-40

750 - 550

BiPO4

33-68

4-10

30-67

620 - 550

BiPO4 + K3Bi5(PO4)6

33-51

3-22

25-60

600-500

У четвертому розділі розглянуто результати досліджень кристалізації у W-вмісних розплавах МІ2O-MIII2O3-P2O5-WO3 (MI - Na, K; MIII - Fe, Sc, Ga, In, Y, La-Nd, Sm-Lu, Bi) та порівняно отримані закономірності з відповідними для Мо-вмісних систем.

Для розчин-розплавів Na2WO4-WO3-NaPO3 (15 % мол. Fe2O3), аналогічно до Мо-вмісної системи, виявлено поля утворення NaFeP2O7, Na3Fe2(PO4)3 та поле їх одночасної кристалізації. Відмінною рисою є відсутність поля перекристалізації Fe2O3. Інша ситуація реалізується для системи K2O-Fe2О3-P2O5-WO3, де кристалізація взагалі не спостерігалася (вміст Fe2О3 до 20 % мол., температури 1000-650С).

Дослідження кристалізації для систем МІ2O-Sc2О3-P2O5-WO3 проводили у діапазоні 1150-800С при вмісті Sc2O3 10 % мол. В межах розрізу NaPO3-Na2W2O7 при температурах 900-800С виявлено формування голчастих кристалів Na3Sc2(PO4)3, а при збільшенні кількості NaPO3 ( 70 % мол.) додатково утворюється ScPO4. У К-вмісній системі існує два поля кристалізації індивідуальних сполук та три області їх сумісного формування (рис. 4). Області утворення фосфатів K3Sc(PO4)2 та ScPO4 для Мо- та W-вмісних розчин-розплавів практично співпадають, однак індивідуальне поле кристалізації ScPO4 не виявлено. Також відсутня область формування вольфраматів за рахунок значного розширення поля склування.

Високу в'язкість та широкі області склування виявлено для Ga- та In-вмісних систем у розрізах МІ2W2O7-MIPO3 (MI - Na, K) за вмісту їх оксидів 5-10 % мол. При 70-50 % мол. NaPO3 у розчин-розплавах Na2W2O7-NaPO3 відмічено кристалізацію Na3Ga(PO4)2, а у відповідних K-вмісних системах утворення кристалічних фаз не виявлено. У розплавах МІ2W2O7-MIPO3 єдиним продуктом кристалізації є InPO4.

У випадку Y-вмісних систем процеси кристалізації досліджували для розплавів MI2WO4-WO3-MIPO3, які містили Y2O3 5 % мол. (або 7 % мол. YF3), де виявлені області утворення YPO4, KYP2O7, Na3Y(PO4)2 та MI2Y(PO4)(WO4). На відміну від відповідних молібдатних систем кристали K2Y(PO4)(WO4) одержано у чистому вигляді, а формування простих та подвійних вольфраматів не спостерігається.

Спонтанну кристалізацію у розплавах, які містили лантаноїди, проводили в межах трьох розрізів: MI2W2O7-MIРO3, MI2W2O7-0,5(MI4Р2O7ЧMIРO3) та MI2WO4-MI4Р2O7. Розчинність оксидів лантаноїдів у цих розплавах є нижчою у порівняні з відповідними молібдатними системами (близько 3 % мол.). У більшості випадків насичення розплаву тривалентним металом досягалося шляхом внесення у розплав фториду (до 7 % мол. MIIIF3 при 950С, кристалізація до 750-700С). За складом та умовами кристалізації (табл. 5) одержані фази в більшості випадків співпадають з синтезованими у фосфатно-молібдатних системах (табл. 3). З'ясовано, що відповідні Na-вмісні розплави є вдалим середовищем для вирощування кристалів MIІІРO4 (інтервал кристалізації 800-680С). На відміну від Мо-вмісних систем, формування Na2MIII(PO4)(WO4) не відбувається, а у випадку K2MIII(PO4)(WO4) (MIII- Sm-Ho) монофазні зразки отримано лише у ряду Gd-Ho.

Таблиця 5 Сполуки одержані з розплавів MIРO3-MI2W2O7, 0,5(MI4Р2O7ЧMIРO3)-MI2W2O7 та MI4Р2O7-MI2WO4, які містять 3 % мол. MIІІ2O3 або 7 % мол. MIIIF3 (MIII - La-Lu)

Ln

Сполуки, що утворюються у системах

MIРO3-MI2W2O7

0,5(K4Р2O7ЧKРO3)-K2W2O7

MI4Р2O7-MI2WO4

0,5(Na4Р2O7ЧNaРO3)-Na2Mo2O7

La

LaPO4

LaPO4

MI3La(PO4)2

LaPO4

Ce

CePO4

CePO4

MI3Ce(PO4)2

CePO4

Pr

PrPO4

PrPO4

MI3Pr(PO4)2

PrPO4

Nd

NdPO4

NdPO4

MI3Nd(PO4)2

NdPO4

Sm

SmPO4

K2Sm(PO4)(WO4) + SmPO4

MI3Sm(PO4)2

SmPO4

Eu

EuPO4

K2Eu(PO4)(WO4) + EuPO4

MI3Eu(PO4)2

EuPO4

Gd

GdPO4

K2Gd(PO4)(WO4)

MI3Gd(PO4)2

GdPO4

Tb

TbPO4

K2Tb(PO4)(WO4)

MI3Tb(PO4)2

TbPO4

Dy

DyPO4

K2Dy(PO4)(WO4)

MI3Dy(PO4)2

DyPO4

Ho

HoPO4

K2Ho(PO4)(WO4)

MI3Ho(PO4)2

HoPO4

Er

ErPO4

ErPO4

MI3Er(PO4)2

ErPO4

Tm

TmPO4

TmPO4

MI3Tm(PO4)2

TmPO4

Yb

YbPO4

YbPO4

MI3Yb(PO4)2

YbPO4

Lu

LuPO4

LuPO4

MI3Lu(PO4)2

LuPO4

Дослідження кристалізації у розплавах МІ2O-Bi2O3-P2O5-WO3 (MI - Li, Na, K, Cs) проведені при вмісті Bi2O3 15 % мол. В межах розрізів LiPO3-WO3, LiPO3-Li2W2O7 та LiPO3-Li2WO4 відбувається утворення г-Li3PO4, LiBi(WO4)2 та присутні широкі області склування. LiBi(WO4)2 формується в розплавах, які містять 85 %мол. Li2W2O7 або Li2WO4. При співвідношеннях P/W = 0,2-0,5 характерним є ріст кристалів г-Li3PO4, а збільшення співвідношення призводить до склування.

Для Na-вмісних систем виявлено поля кристалізації двох сполук (рис. 5), а січна АВ розмежовує поля утворення фосфату та вольфрамату. Відповідна калійна система (рис. 5). демонструє значну спорідненість бісмуту до утворення W-вмісних сполук.

У Cs-вмісній системі у розрізі Cs2W2O7-CsPO3 (Bi2O3 15 % мол.) утворюються BiPO4 (100-90% мол. СsPO3), Cs2Bi(PO4)(WO4) (70-20 % мол. СsPO3) та скло (35-0 % мол. СsPO3).

П'ятий розділ присвячено структурним дослідженням одержаних сполук та аналізу взаємозв'язків між їх складом, будовою та умовами одержання. Основну увагу приділено будові змішаноаніонних сполук MI2MІІI(PO4)(MVІO4), MI2MІІI2(PO4)2(MVІO4) та фосфатам з новими типами кристалічних каркасів: K3Bi5(PO4)6, K6,5Bi2,5W4P6O34, K3In3(PO4)4.

Методом порошкової рентгенографії встановлено ізоструктурність для сполук ряду MI2MІІI(PO4)(MVІO4). РСА кристалів проведено для чотирьох зразків цього типу (табл. 6). У структурах поліедри MIIIO8, поєднуючись через спільні кисневі ребра, формують зигзагоподібні ланцюжки вздовж осі c та зв'язані між собою MVIO4 - тетраедрами.

Кожна PO4 - група об'єднує спільне ребро з поліедрами MIIIO8 сусідніх ланцюгів, що формує двовимірні сітки [MIII(PO4)(MVIO4)]2-, які розділені між собою прошарками лужного металу (рис. 6).

Таблиця 6 Результати РСА для кристалів змішаноаніонних сполук типу MI2MІІI(PO4)(MVІO4) та MI2MІІI2(PO4)2(MVІO4)

Сполука

Параметри гратки

Отримані фактори збіжності

K2Bi(PO4)(MoO4)

a = 19,703(1), b = 12,475(1), c = 7,026(1) Е,

V = 1727,07(30) Е3, Z = 8

Rint = 0,0787, R1 = 0,035, wR2 = 0,0773, S = 1,199, (Дс) = 0,328, -2,737 eЕ?3

K2Bi(PO4)(WO4)

a = 19,725(1), b = 12,4764(8), c = 7,0284(2) Е,

V = 1729,69(16) Е3, Z = 8

Rint = 0,064, R1 = 0,035, wR2 = 0,094,

S = 1,18, (Дс) = 4,87, -2,37 eЕ?3

Cs2Bi(PO4)(WO4)

a = 21,314(1), b = 12,6352(5), c = 7,1412(3) Е,

V = 1923,21(14) Е3, Z = 8

Rint = 0,1553, R1 = 0,055, wR2 = 0,1103,

S = 1,08, (Дс) = 2,15, -2,81 eЕ?3

K2Ho(PO4)(WO4)

a = 19,695(3), b = 12,148(2), c = 6,882(1) Е,

V = 1646,6(4) Е3, Z = 8

Rint = 0,055, R1 = 0,029, wR2 = 0,071,

S = 1,15, (Дс) = 1,90, -1,73 eЕ?3

K2Fe2(PO4)2(MoO4)

a = 10,0405(6) Е, V = 1012,20(10) Е3, Z = 4

R1 = 0,0408, wR2 = 0,0868,

S = 1,304, (Дс) = 0,68, -0,64 eЕ?3

K2Sc2(PO4)2(WO4)

a = 10,3372(2) Е, V = 1104,61(4) Е3, Z = 4

Rint = 0,064, R1 = 0,0444, wR2 = 0,0522,

S = 1,083, (Дс) = 0,61, -0,67 eЕ?3

РСА кристалів змішаноаніонних сполук з лангбейнітовим типом каркасу проведено для K2Fe2(PO4)2(MoO4) та K2Sc2(PO4)2(WO4) (табл. 6). Основою структур є тривимірний каркас [МІІІ2(MoO4)(PO4)2]2-, що побудовано поєднанням через спільні кисневі вершини октаедрів МІІІO6 з тетраедрами АО4 (А - P, Mo, W). Р та Mo (W) поділяють одну позицію у співвідношенні 2:1. Для досліджених сполук спостерігається певне «усереднення» внеску аніонних тетраедрів у зв'язки: M-O є дещо видовженими як для PO4 - тетраедрів та значно укороченими для тетраедрів MoO4 і WO4.

У структурі K3In3(PO4)4 (пр. гр. Р121/n, a = 9,6928(2), b = 9,7967(2), c = 15,8411(3) Е, = 90,390(2)


Подобные документы

  • Класифікація металів, особливості їх будови. Поширення у природі лужних металів, їх фізичні та хімічні властивості. Застосування сполук лужних металів. Сполуки s-металів ІІА-підгрупи та їх властивості. Види жорсткості, її вимірювання та усунення.

    курсовая работа [425,9 K], добавлен 09.11.2009

  • Особливості колориметричних методів аналізу. Колориметричне титрування (метод дублювання). Органічні реагенти у неорганічному аналізі. Природа іона металу. Реакції, засновані на утворенні комплексних сполук металів. Якісні визначення органічних сполук.

    курсовая работа [592,9 K], добавлен 08.09.2015

  • Характеристика і практичне застосування дво- та трикомпонентних систем. Особливості будови діаграм стану сплавів. Шляхи первинної кристалізації розплаву. Точки хімічних сполук, евтектики та перитектики. Процес ліквації і поліморфних перетворень в системі.

    курсовая работа [2,9 M], добавлен 27.03.2014

  • Загальна характеристика елементів I групи, головної підгрупи. Електронна будова атомів і йонів лужних металів. Металічна кристалічна гратка. Знаходження металів в природі та способи їх одержання в лабораторних умовах. Використання сполук калію та натрію.

    презентация [247,6 K], добавлен 03.03.2015

  • Місце елементів-металів у періодичній системі Д.І. Менделєєва, будова їх атомів. Металевий зв’язок і кристалічна гратка. Загальні фізичні властивості металів, їх знаходження у природі. Взаємодія лужного металу з водою. Реакція горіння кальцію в повітрі.

    презентация [638,5 K], добавлен 19.11.2014

  • Елементи-метали в періодичній системі. Схема утворення енергетичних зон при збільшенні числа внутрішніх атомів. Кристалічна структура металів. Взаємодія металів з кислотами-неокисниками. Принципи промислового одержання металів. Сутність поняття "сплав".

    лекция [610,2 K], добавлен 12.12.2011

  • Методика розробки методів синтезу високотемпературних надпровідників. Сутність хімічного модифікування і створення ефективних центрів спінінга. Синтез, структурно-графічні властивості та рентгенографічний аналіз твердих розчинів LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7.

    дипломная работа [309,3 K], добавлен 27.02.2010

  • Mac-спектрометрія є одним з найбільш ефективних експресних методів аналізу, установлення будови як індивідуальних органічних сполук, так і синтетичних, природних сполук та їхніх сумішей. Автоматичне порівняння зареєстрованого спектра з банком спектрів.

    реферат [456,8 K], добавлен 24.06.2008

  • Методика синтезу полікристалічних високотемпературних надпровідників. Основні відомості з фізики рентгенівських променів та способи їх реєстрації. Синтез твердих розчинів LnBa2Cu3O7, їх структурно-графічні властивості і вміст рідкісноземельних елементів.

    дипломная работа [654,6 K], добавлен 27.02.2010

  • Macспектрометрія є найбільш ефективним експресним методом аналізу й установлення будови як індивідуальних органічних сполук, так і синтетичних, природних сполук та їхніх сумішей. Поняття, теоретичні основи масспектроскопічного методу аналізу.

    реферат [873,2 K], добавлен 24.06.2008

  • Характеристика схильності сполук до хімічних перетворень та залежність їх реакційної здатності від атомного складу й електронної будови речовини. Двоїста природа електрона, поняття квантових чисел, валентності, кінетики та енергетики хімічних реакцій.

    контрольная работа [32,1 K], добавлен 30.03.2011

  • Пептидний зв’язок та утворення вільних амінокислот. Поняття про рівні організації білкових молекул. Участь різних видів хімічного зв’язку в побудові первинної, вторинної, третинної, четвертинної структури білку. Біологічне окислення органічних сполук.

    контрольная работа [20,8 K], добавлен 05.06.2013

  • Дослідження явища хімічних зв’язків - взаємодії між атомами, яка утримує їх у молекулі чи твердому тілі. Теорія хімічної будови органічних сполук Бутлерова. Характеристика типів хімічного зв’язку - ковалентного, йодного, металічного і водневого.

    презентация [950,3 K], добавлен 17.05.2019

  • Значення і застосування препаратів сполук ртуті у сільськогосподарському виробництві, в різних галузях промисловості та побуті. Фізичні і хімічні властивості сполук ртуті. Умови, що сприяють отруєнню. Клінічні симптоми отруєння тварин різних видів.

    курсовая работа [34,2 K], добавлен 19.06.2012

  • Дослідження процесу отримання кристалічних твердих тіл. Синтез полікристалічного порошкового матеріалу. Вивчення методів кристалізації з розчин-розплавів, методів Вернейля, Бріджмена, Чохральського, зонної плавки. Піроліз аерозолів. Сублімаційна сушка.

    реферат [1,3 M], добавлен 21.05.2013

  • Фізичні та хімічні властивості боранів. Різноманітність бінарних сполук бору з гідрогеном, можливість їх використання у різноманітних процесах синтезу та як реактивне паливо. Використання бору та його сполук як гідриручих агентів для вулканізації каучука.

    реферат [42,4 K], добавлен 26.08.2014

  • Предмет біоорганічної хімії. Класифікація та номенклатура органічних сполук. Способи зображення органічних молекул. Хімічний зв'язок у біоорганічних молекулах. Електронні ефекти, взаємний вплив атомів в молекулі. Класифікація хімічних реакцій і реагентів.

    презентация [2,9 M], добавлен 19.10.2013

  • Основні відомості по властивостях ZnSe, розглядаються особливості процесів при утворенні власних точкових дефектів та основні методи вирощування плівок II–VI сполук. Опис установки для досліджень оптичних і люмінесцентних властивостей, їх результати.

    курсовая работа [806,4 K], добавлен 17.07.2011

  • Огляд будови, коливних та електронних властивостей тонких плівок фулеритів С60 та полімеризованих фулеритів. Квантово-хімічні розрахунки у програмному пакеті Gaussian 03. Метод Хартрі-Фока. Базисний набір. Коливні спектри, електронна структура димерів.

    дипломная работа [2,4 M], добавлен 14.03.2013

  • Синтез S-заміщеного похідного 2-метил-4-меркапто-8-метоксихіноліна та вивчення їх фізико-хімічних властивостей. Прогноз можливих видів їх біологічної дії за допомогою комп’ютерної програми PASS. Залежність дії синтезованих сполук від хімічної структури.

    автореферат [38,4 K], добавлен 20.02.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.