Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Химия прекурсоров

Читайте также:
  1. E) алхимия
  2. I Неорганическая химия 1 курс
  3. Александрийская алхимия
  4. Алхимия и алхимики.
  5. АЛХИМИЯ И МЕДИЦИНА
  6. АНАЛИТИКАЛЫҚ ХИМИЯҒА КІРІСПЕ.
  7. Арабская химия
  8. Бейорганикалык химия” пәнінен
  9. БИОХИМИЯ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ
  10. БИОХИМИЯ КРОВИ.

Прекурсор – это предшественник, а точнее, обычное в неорганике обозначение исходного вещества, вступающего в реакцию. Конечной целью неорганического синтеза является не синтез химических соединений, а создание на их основе материалов с определённым комплексом свойств. Свойства же материала зависят от его структуры. Ну, это понятно в общем смысле, а если копнуть глубже, то оказывается, что у каждого материала есть несколько уровней структуры, которые связаны между собой, и все они влияют на свойства материала.

Первый уровень структуры – кристаллический. Это структура на атомном и ионном уровне организации вещества, то, как расположены ионы, атомы или молекулы в кристаллической решётке относительно друг друга. Следующий уровень – более удалённый от атомного состояния, он связан с присутствием в твёрдом теле различных линейных дефектов. Третий уровень – это макроскопические дефекты (например, поры), которые возникают в твёрдых телах в процессе их формирования или использования.

Одно дело, когда у нас в руках монокристалл – в нём кристаллический порядок повторяется во всём объёме. Но чаще всего мы имеем дело с поликристаллическими телами, то есть такими, которые состоят из маленьких кристалликов (кристаллитов), по-разному ориентированных друг относительно друга. Здесь возникают дополнительные дефекты (дислокации, границы между кристалликами, поры, трещины), которые вносят важный вклад в формирование свойств. Например, железо, если его получить в виде монокристалла, будет в химическом отношении совершенно инертно. А если железо получить разложением карбонила или оксалата железа, то это будет поликристаллический материал, который сразу сгорает на воздухе, образуя оксиды. И то и другое – железо, а ведут они себя совершенно по-разному.

Чтобы управлять зависимостью свойств от уровней структуры, надо, чтобы исходные вещества были в определённом состоянии. А этого не всегда просто достичь. При получении многих материалов неэффективен, казалось бы, самый простой твёрдофазный синтез, который широко использовали раньше для получения магнитных диэлектриков и пьезокерамики (искусственный материал, обладающий пьезоэлектрическими и сегнетоэлектрическими свойствами, имеющий поликристаллическую структуру). Например, марганец-цинковые ферриты синтезировали, осуществляя реакцию:

1/3MnCO3 + 2/3ZnO + Fe2O3 = Mn0,33Zn0,67Fe2O4 + 1/3CO2

Оказалось, что традиционные механическое перемешивание, прессование смеси реагентов и их высокотемпературный обжиг (1200°С) во многих случаях не дают однофазного продукта. При повышении температуры теряется летучий оксид цинка и происходит диссоциация оксида железа (III). Всё это изменяет состав и существенно ухудшает свойства материала.

Шаг вперёд – использование в качестве исходных реагентов твёрдых солевых растворов. Как показали исследования, наиболее удобны для этого соли типа шенитов – M2+A+(RO4)2·6Н20 (М = Mg, Mn, Ni, Co, Fe, Cu, Zn; A – щелочной металл или NH4+, R = S, Se, Те) или квасцов A+M3+(SO4)2·12Н20 (А – щелочной металл или NH4+, М = Fe, Cr, Со).

Сделаю маленькое отступление и поясню, что такое твёрдые солевые растворы. Для примера возьмём более простую соль, например NaCl. Если растворить хлорид натрия в воде, а потом понизить температуру, то раствор станет пересыщенным и выпадет осадок. Если мы в этот же раствор добавим ещё и KCl, то из раствора по мере понижения температуры выделятся не индивидуальные соли NaCl и KCl, а кристаллиты твёрдого раствора. В твёрдом растворе, также как и в жидком, вещества смешаны на атомном уровне – в этом его ключевое отличие от механической смеси кристаллов.

Твёрдые растворы широко используют в металлургии. Известно, что железо в процессе получения из руды растворяет углерод. Если железо не содержит углерода, то оно мягкое и пластичное, если углерода 1% – это прочная сталь, а если 4% – хрупкий чугун. Для любого человека это совершенно разные материалы, а для химика – твёрдый раствор железа с различным содержанием растворённого углерода. Другой пример – когда в меди растворяют олово и получается бронза. В зависимости от того, какое количество олова содержится в сплаве, материал будет иметь совершенно разные механические и прочностные свойства, и даже звучание колокола, который делают из меди, будет совершенно разным.

Так вот, оказалось, что шениты и квасцы могут образовывать твёрдые растворы при любых соотношениях компонентов и имеют хорошую растворимость в воде, резко уменьшающуюся при охлаждении. Это так называемые ионные (поскольку в солях ионная связь) прекурсоры, или исходные реагенты. Целевой продукт – феррит получают с помощью термолиза:

(Ni1/3Fe2/3)SO4×(NH4)2SO4×6H2O = 1/3NiFe2O4 + 2SO2 + 2NH3 + 2/3O2 + 7H2O

От того, в каких условиях проводится эта реакция, зависит, удастся ли получить поликристаллический материал с нужной керамической структурой и свойствами.

Несколько позже появилась криохимическая технология получения твёрдых солевых растворов, основанная на сбалансированном сочетании нагрева и охлаждения. Широкому применению криохимической технологии предшествовали фундаментальные исследования процессов криокристал-лизации, сублимационного обезвоживания, криоосаждения, криоэкстракции и криодиспергирования. Криохимический синтез солеобразных исходных реагентов стал основой получения самых разных функциональных материалов. Например, высокопрочной керамики, пигментов, сорбентов, катализаторов и многого другого.

Важная особенность солеообразных ионных прекурсоров – так называемая топохимическая память, то есть способность помнить своё происхождение и передавать эту информацию в последующих реакциях, которые так и называются – топохимическими. Скорее всего, эту информацию в твёрдом теле хранит реальная структура, сформированная, как правило, в неравновесных условиях. В дальнейшем это сильно влияет на свойства функциональных материалов (особенно тех, которые получают в форме поликристаллической керамики).

Очень важны и интересны исследования молекулярных прекурсоров. Их используют, например, для создания тонкоплёночных материалов методом молекулярного наслаивания. Известно, что уже давно назрела необходимость увеличить плотность записи информации в кремниевых микросхемах, а для этого придётся заменить SiО2 на оксиды с большей величиной диэлектрической константы. Среди наиболее вероятных претендентов оказались НfO2, ZrO2, Ln203 (лантан и другие редкоземельные элементы). Чтобы получить плёнки таких оксидов на поверхности кремния, надо создать исходные реагенты с высокой летучестью и относительной термической стабильностью, которые смогут легко гидролизовываться (или вступать в другие реакции разложения) с образованием аморфных оксидов на поверхности кремния. Уже синтезированы новые молекулярные прекурсоры на основе насыщенных комплексов металла с лигандами, образующими относительно слабые донорно-акцепторные связи.

Комплексы с органическими лигандами использовали и для решения другой важнейшей проблемы – получения термозащитных покрытий на лопатках газотурбинных двигателей. Оказалось, что лучше всего покрытия, полученные осаждением ZrO2 (Y2O3) из паров бета-дикетонатов соответствующих металлов. Процесс недорогой, поскольку можно использовать недорогой ацетилацетат.

 




Дата добавления: 2014-12-19; просмотров: 72 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.008 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав