Особо чистые алкоголяты металлов для получения оксидных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.01, кандидат химических наук Стрельникова, Инна Евгеньевна

• Стрельникова, Инна Евгеньевна
• кандидат химических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат химических наук Стрельникова, Инна Евгеньевна

Введение

1. Литературный обзор

2. Экспериментальная часть

2.1. Использованные материалы и реактивы

2.2. Обоснование выбора катализаторов синтеза алкоголятов металлов

2.3. Синтез и очистка тригалогенидов галлия

2.4. Получение алкоголятов металлов взаимодействием металлов со спиртами

2.5. Кинетическая модель синтеза алкоголятов металлов из металлов и спиртов

2.6. Синтез алкоголятов металлов взаимодействием оксидов металлов со спиртами

2.7. Получение смешанного целлозольвата

2.8. Получение бис(триметилсилил)аминотриалкоксигерманов 66 2.9.0чистка алкоголятов металлов 77 2.10. Получение оксидов и оксидных композиций с использованием особо чистых алкоголятов металлов 81 2.10.1 Получение твердых растворов оксидов кремния и германия

2.10.2. Получение форстерита из смешанного целлозольвата

2.10.3.Получение станнатов щелочноземельных металлов с использованием алкоголятов

3. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особо чистые алкоголяты металлов для получения оксидных систем»

Развитие современного материаловедения в области получения новых функциональных материалов для использования в различных направлениях науки и техники невозможно без обеспечения набором исходных соединений заданного состава. В настоящее время одним из интенсивно развивающихся направлений является использование в тонком неорганическом синтезе элементоорганических соединений, что создает ряд принципиальных преимуществ по сравнению с применением традиционных неорганических реагентов. Особенно ярко эти преимущества проявляются при разработке процессов получения высокочистых оксидов и композиций на их основе, используемых для производства оптических и волоконно-оптических материалов «золь-гель»-, пиролитическим, плазмохимическим или другими методами. Применение этих продуктов позволяет интенсифицировать процессы, дает заметные экологические преимущества по сравнению, например, с использованием галогенсодержащих реагентов. Эффективны данные соединения и в нанотехнологии - интенсивно развивающемся в настоящее время направлении материаловедения.

Методы получения простых и сложных оксидов могут быть раз нообразными: плазмотронное распыление в окислительной среде, синтез в управляемых условиях в паровой фазе, осаждение из паровой и жидкой фаз и т.д. В связи с этим чрезвычайно важным является выбор исходных соединений для осуществления этих процессов. Удобными объектами для получения оксидов, оксинитридов и оксикарбидов являются алкоголяты, содержащие в молекулах один или несколько базовых элементов. Применение этих соединений позволяет гибко регулировать состав целевых продуктов и метод синтеза. Наличие высоких значений давления насыщенных паров позволяет осуществлять пиролитические и плазмохимические процессы синтеза в паровой фазе, а высокая чувствительность к влаге - гидролитические, как в жидкой, так и в паровой фазах. В последнее время интерес к этим соединениям постоянно растет, их номенклатура расширяется, однако остается много вопросов, требующих обоснованных решений, в частности, по выбору рациональных способов синтеза и очистки, условий применения, как в традиционных химических технологиях, так и в новых, например, с использованием лазерно-стимулированных процессов.

Поэтому работа, посвященная разработке технологии синтеза этих соединений, изучению их свойств, методов очистки и применения, является актуальной.

Работа выполнялась в рамках Государственного инновационного проекта «Наука-технология-производство-рынок» 2002 г., тема «Разработка технологии получения высокочистых тонкодисперсных порошков оксидов металлов», и Постановления Правительства Москвы от 23.01.2001 №87-1111 «О комплексной программе развития и поддержки малого предпринимательства в г. Москве на 2001-2003 гг» (пункт 2.1.З.), Государственной программы «Малотоннажная химия» 2002-2004 гг,. Цель работы: разработка на основе исследования методов синтеза и очистки веществ, перспективных для использования в технологии высокочистых оксидов, новых исходных соединений, а также усовершенствование технологии получения традиционно используемых веществ. Научная новизна.

-впервые обнаружены каталитические свойства безводных тригалогенидов галлия при гомогенном и гетерогенном синтезе алкоголятов металлов из элементов, их оксидов, а также производных алкоголятов с использованием элементоорганических соединений;

-изучен каталитический синтез биядерного прекурсора получения форстерита - целлозольвата в системе «тетраэтоксисилан-магнийэтилцеллозольв», показано влияние катализаторов на выход продуктов и состав реакционных смесей и исследован состав смешанного целлозольвата кремния и магния;

-на основании математического моделирования процесса гетерогенного синтеза алкоголятов из металлов предложен механизм протекания процесса синтеза, включающий 2 стадии - разрушение оксидной пленки на поверхности с дальнейшим каталитическим растворением металла; - показана возможность и перспективность использования простых и двухядерных алкоголятов элементов для получения оксидных композиций сложного состава для лазерной и электронной техники.

Практическая ценность работы. Разработан эффективный каталитический метод получения алкоголятов металлов с использованием в качестве катализатора безводных тригалогенидов галлия. На основании исследований разработаны методики получения ряда алкоголятов некоторых элементов - прекурсоров для синтеза высокочистых простых и сложных оксидов элементов Н-1У групп и РЗЭ. Показана возможность применения этих соединений для получения различными методами порошков оксидов элементов, используемых в технологии лазерных и электронных материалов. Проведено моделирование процессов получения алкоголятов и их парового гидролиза.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Высокочистые вещества являются в настоящее время основой развития современной техники, особенно таких передовых ее направлений как микро-и оптоэлектроника, оптика и волоконно-оптические системы, нанотехнологические системы и др. [1-11]. Число этих веществ постоянно растет по мере развития различных направлений технологических процессов и областей применения. Даже в достаточно традиционных и многотоннажных отраслях промышленности и производствах, таких как получение катализаторов полимеризации этилена, необходимо применение исходных веществ со строго лимитируемым содержанием отдельных примесей на уровне п-(10" -10 )% масс. [12]. Применение веществ высокой чистоты позволяет стабилизировать качество получаемой продукции, получать вещества с заданными свойствами, что является чрезвычайно важным в условиях международной стандартизации и унификации технических требований [4,8,13,14].

В научном плане проблема получения особо чистых веществ является во многом самодостаточной в плане определения фундаментальных свойств веществ. Её решение связано с развитием аналитической химии, приборной технологии, разработкой методологии исследований и т.д. Существующие в России школы материаловедения высокочистых веществ (ИХВВ РАН, ФГУП «ИРЕА», РХТУ им. Д.И.Менделеева, ГЕОХИ РАН, ИНХ СО РАН и др.) в настоящее время проводят работы по развитию данного направления.

Одним из перспективных направлений в неорганической химии и технологии особо чистых веществ для наукоемких производств является использование алкоголятов (алкоксидов) элементов. Область применения этих соединений в настоящее время чрезвычайно широка:

- получение высокочистых оксидов и оксидных композиций различными методами (гидролиз или пиролиз) [15-27]

- получение высокочистых элементов пиролизом алкоголятов [28-30]

- легирование полупроводниковых эпитаксиальных слоев [31-32]

- получение оксидных и других оксидсодержащих покрытий [16, 18,

21-25,31-41].

Требования по содержанию примесей в исходных соединениях определяются конкретными технологическими процессами, в которых они с 7 используются. Как правило, они составляют п-(10" -10")% масс, по отдельным примесям.

В мире существует производство достаточно широкой номенклатуры некоторых типов алкоголятов [42-48], однако лишь для некоторых из них приводятся требования по чистоте, в частности, для тетраэтоксисилана и триэтилбората. Данные по применению этих соединений в вышеупомянутых целях чрезвычайно разрозненны.

Технология получения высокочистых материалов, в частности, оксидов, синтезируемых из алкоголятов элементов, должна быть основана на доступных, желательно отечественных материалах. Она должна обеспечивать требуемую чистоту оксидов по примесям, лимитирующим качество при применении, дисперсность, гарантирующую однородность расплава при выращивании из порошков оксидов монокристаллов, например, лейкосапфиров из оксида алюминия, а также удельную поверхность в заданных достаточно узких диапазонах в зависимости от области использования, например, хроматографии.

Опубликовано большое количество работ, посвященных методам получения алкоголятов металлов, их свойствам, рассмотрению систем, образуемых алкоголятами с различными растворителями. В их числе необходимо отметить классические обширные обзоры и оригинальные работы Д.Брэдли[50-51], Р.Меротры [16, 54, 56-58], НЛ.Туровой с сотр. [2123, 52, 58-60].

В этих работах достаточно широко представлен достигнутый к настоящему времени уровень исследований в данной области. Однако многие аспекты исследований остаются актуальными и требующими продолжения изучения. Это относится к разработке новых методов получения и выделения соединений из реакционных смесей, поиску эффективных, нетоксичных и доступных катализаторов синтеза. К таким работам, несомненно, надо отнести такие как разрабатываемые в ГНЦ ФГУП ГНИИХТЭОС способы получения алкоксисиланов [56-57].

Недостаточно проработаны многие специфические вопросы технологии малотоннажных производств алкоголятов, связанные с особенностями химических свойств соединений, в частности, микроэлектронных компонентов, а также их использования в современных технологиях, например, в получении наноструктурированных композиций и т.д.

Алкоксиды (алкоголяты) металлов — соединения, представляющие собой продукты замещения атомов водорода гидроксильных групп спиртов на атомы других элементов. Химические и физико-химические свойства алкоксидов определяются как природой элемента, так и характером спиртового радикала. Поэтому в основу их классификации целесообразно взять кислотность спирта и электроотрицательность металла [49]. С этой точки зрения выделяют следующие основные группы алкоголятов:

1. Соединения, образованные элементами с резко выраженными металлическими свойствами и спиртами, имеющими сильно кислотный характер; к этой группе относятся производные щелочных и щелочноземельных металлов с фенолами, нафтолами и т.д. Они обладают типичным соле-подобным характером: нерастворимы или мало растворимы в органических растворителях, имеют определенные температуры плавления и обладают достаточно высокой термической устойчивостью.

2. Производные неметаллических элементов и спиртов, кислотная функция которых слабо выражена - сложные эфиры неорганических кислот. Для этих веществ характерны низкие температуры кипения и плавления, растворимость в органических растворителях и неустойчивость по отношению к воде. К ним можно отнести алифатические алкоголяты германия, кремния, мышьяка, сурьмы.

3. Характерными представителями третьей группы соединений -собственно алкоголятов (в состав которых входит активный металл и алкоксильный радикал спирта, константа кислотной диссоциации которого <Ю"10) являются производные щелочных и щелочноземельных металлов I и II главных подгрупп и Т1+1 и алифатических спиртов. По характеру связей Ме -(Ж они занимают промежуточное положение между полярными фенолятами и неполярными сложными эфирами, что, в основном, и определяет своеобразие их свойств. В настоящей работе рассмотрено получение ряда данных алкоголятов.

Физические и физико-химические свойства алкоголятов в общем случае определяются действием двух противоположных тенденций - стремлением металла увеличить свое координационное число путем образования мостиковых связей с алкоксогруппами и противодействующим эффектом -пространственными затруднениями, возникающими в случае разветвленных алкильных групп [49]. Следствием этого является широкий спектр физико-химических свойств алкоголятов — от нерастворимых и нелетучих полимерных соединений до сравнительно легколетучих жидкостей, состоящих из мономерных молекул.

Алкоголяты щелочных и щелочноземельных металлов - белые неплавкие вещества, весьма чувствительные к действию кислорода, влаги и углекислого газа.

Реакции окисления, гидролиза и карбонизации сопровождаются таким значительным выделением тепла, что на воздухе возможно самовозгорание несольватированных алкоголятов щелочных металлов. Алкоголяты щелочноземельных металлов несколько более устойчивы к данным процессам, но также чувствительны к влаге, углекислому газу, что требует специальных мер предосторожности при работе с ними для сохранения химического состава соединений.

Несольватированные алкоголяты растворимы в спиртах (где растворению предшествует образование сольватов) и, как правило, нерастворимы в большинстве органических растворителей; с ростом и усложнением радикалов (длины и разветвленности) растворимость в неполярных растворителях возрастает [49]. Необходимо отметить, что рассматриваемые соединения в растворах являются электролитами; так, электропроводность щелочных алкоголятов в спиртах лишь в несколько раз меньше, чем у соответствующих гидроксидов [49,52]. Это объясняется характером связи Ме - СЖ, близким к ионному.

Соединения металлов Ш-УШ групп и спиртов (начиная с этанола) -молекулярные мономерные или склонные к олигомеризации соединения.

Они имеют сравнительно низкие температуры плавления и кипения, хорошо растворимы в неполярных растворителях и плохо - в спиртах; растворы не являются электролитами. Метилаты этих же элементов обычно представляют собой координационные полимеры; это неплавкие, нелетучие и нерастворимые соединения [49,52].

Комплексообразование со спиртами, сопровождающееся выделением устойчивых кристаллосольватов, свойственно главным образом алкоголятам щелочных и щелочноземельных металлов. Так, при низких температурах со спиртовыми растворами сосуществуют М((Ж)2'41ЮН (II = Ме, Е^. При нагревании они перитектически превращаются в низшие сольваты состава 1:1 для метилатов и 1:2 для этилатов [58-60]. Координационные соединения алкоголятов со спиртами существуют не только в твердом состоянии, но, очевидно, и в растворах, что подтверждается спектральными данными [49]. В случае многовалентных металлов сольваты со спиртами и другими основаниями Льюиса малоустойчивы, т.к. акцепторная функция металла удовлетворяется благодаря образованию прочных СЖ-мостиков в молекулах ассоциатов.

Алкоголяты многоатомных спиртов и гликолей - хелаты (мономерные или олигомерные) или полимеры, содержащие полидентатные лиганды. Хелаты встречаются чаще всего среди алкоголятов с не полностью замещенными группами ОН в исходном спирте (например, дигликолят молибденила). Такие алкоголяты склонны к образованию кристаллогидратов с любыми спиртами. Представляют собой гигроскопичные кристаллы. Производные щелочных и щелочноземельных металлов растворимы в спиртах, разлагаются ниже 200°С; производные многовалентных металлов (Со, N1 и др.) растворимы также в неполярных растворителях, летучи и низкоплавки. Полностью замещенные алкоголяты - аморфные полимеры, реже — кристаллические соединения (например, глицерат кобальта). В отличие от соответствующих соединений одноатомных спиртов они устойчивы к гидролизу, нерастворимы, неплавки, термостойки. Следует отметить также, что свойства алкоксидов многоатомных спиртов к настоящему времени изучены значительно меньше, чем свойства соответствующих производных одноатомных спиртов.

При взаимодействии двух разных алкоголятов в растворе или расплаве образуются биметаллические алкоголяты (алкоксосоли Меервейна), для которых более характерны свойства молекулярных соединений, чем для компонентов, их образующих. Комплексообразование алкоголятов с галогенидами металлов приводит к алкоксогалогенидам М((Ж)пНа1т. С соединениями, содержащими активный атом водорода (вода, кислоты и др.), алкоголяты вступают в реакцию обмена:

М((Ж)П + пНва! МСа1„ + п1ЮН (1.1) Алкоголяты щелочных металлов даже при действии следов воды претерпевают полный гидролиз, в то время как соответствующие производные щелочноземельных металлов, как правило, образуют промежуточные продукты - гидроксоалкоголяты.

При термическом разложении алкоголятов наряду с оксидом или гидроксидом металла, как правило, образуются непредельный углеводород и соответствующий спирт или простой эфир. Относительные количества каждого из продуктов реакции зависят от температуры процесса, каталитических свойств образующегося оксида и прочности алкоксильной группы. Интересно отметить, что первой стадией разложения кислых алкоголятов двухатомных спиртов является «симметризация», например:

2^0(СН2)20Н ^0(СН2)2(Жа + НО(СН2)2ОН, Ц = 170-190°С) (1.2) т.е. образуется двузамещенный алкоголят и спирт [50].

Области применения алкоголятов металлов весьма разнообразны. Многие из этих соединений находят применение в качестве катализаторов различных реакций как в промышленных, так и в лабораторных условиях. Наибольший интерес представляет использование алкоксидов в качестве сырья для получения многих материалов современной техники [15 - 38]. Реакции термолиза, гидролиза, окисления алкоголятов применяют для получения высокочистых и высокоактивных оксидов или гидроксидов (золей и гелей) соответствующих металлов. К ним относятся различные керамические материалы, порошки с высокой дисперсностью, тонкие и толстые пленки (диэлектрические и защитные покрытия) и ряд других материалов для электроники, оптики, лазерной техники. Сравнительно низкие температуры образования оксидов при разложении алкоголятов позволяют получать их в аморфном или кристаллическом состоянии с высокой степенью чистоты и гомогенности.

При реакциях совместного разложения двух и более алкоголятов были получены сегнето- и пьезоэлектрики, оптические керамики, твердые электролиты, диэлектрики, искусственные минералы, катализаторы и т.д.

Отдельная область применения алкоголятов — производство лаков и смол, быстро высыхающих красок, огнестойких пропиток, антиоксидантов и т.д.

Все известные методы синтеза алкоголятов можно разбить на следующие группы [49]:

1. Взаимодействие галогенидов металлов со спиртами в присутствии акцепоров галогенов. Этот метод широко используется для получения ряда алкоголятов кремния, германия, мышьяка, сурьмы [27,29,35,51,64]:

ИН3

МеС1„ + пиОН Ме(ОЯ)„ + пГЧН4С1>1, (1.3)

2. Взаимодействие металлов со спиртами. Щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют со спиртами; в результате образуются сольваты алкоголятов. Для получения несольватированных щелочных алкоголятов проводят реакцию спирта (взятого в стехиометрическом количестве) с мелкодисперсным металлом в среде инертного растворителя. Для активирования данной реакции обычно применяют соли ртути, как правило, хлориды (Ь^СЬ, ^гСЬ) или амальгаму металла, а также йод или бром [24,25,60]:

Ме + пЯОН Ме((Ж)„ + п/2Н2Т ( 1.4)

3. Реакция аммиакатов металлов со спиртами в растворе жидкого аммиака. Благодаря растворимости щелочных и щелочноземельных металлов в жидком аммиаке данная реакция (в отличие от предыдущей) является гомогенной. За счет выделения водорода и выпадения в осадок алкоголятов равновесие реакции практически мгновенно сдвигается вправо. 3

Ме + пЫОН -» Ме(ОИ)п4 + п/2Н2Т (1.5)

Этот метод может рассматриваться лишь как препаративный ввиду необходимости использования жидкого аммиака [50,51].

4. Разложение спиртами гидридов, нитридов, амидов и др. Смысл данного метода заключается в алкоголизе соединений, чувствительных к действию "активного водорода"; взаимодействие приводит к образованию алкоголята и соответствующих газообразных продуктов. Эта реакция является одним из методов малотоннажного промышленного получения алкоголятов [50].

Ме (N113) + пЯОН -» Ме((Ж)„1 + п/2Н2Т (1.6)

5. Обменная реакция хлоридов элементов со спиртами. Для осуществления этого процесса необходимо, чтобы один из продуктов удалялся из сферы реакции (обычно за счет нерастворимости или ограниченной растворимости одного из продуктов — целевого или побочного в соответствующем неводном растворителе или системе, образующейся при синтезе алкоголята). Данный метод, используемый в синтезе алкоголятов бора, имеет лишь ограниченное применение [35,61,64]:

ВС13 + 31ЮН-» В(01*)з + ЗНС1Т (1.7)

Однако при этом следует отметить, что модификация этого метода является основой для промышленной многотоннажной технологии получения тетраэтоксисилана - наиболее широко используемого в настоящее время алкоголята металла, взаимодействием четыреххлористого кремния с этанолом [62,63,65].

6. Обменная реакция солей элементов с алкоголятами. Также как и предыдущий метод, он основан на удалении из реакционной смеси летучих или нерастворимых продуктов реакции [50]: хМеНа1„ + п Ме (КО)х-» пМе(1Ю)хТ + хМе На1„

7. Взаимодействие оксидов или гидроксидов со спиртами. Данный метод представляет немалый практический интерес, т.к. оксиды и гидроксиды металлов являются значительно более доступными и удобными реагентами, чем сами металлы. Рассматриваемые реакции являются обратимыми и для удаления воды и выведения алкоголятов из реакционной смеси требуются специальные условия. В лаборатории этот метод чаще применяют для синтеза алкоголятов многоатомных спиртов (вода удаляется за счет высокой температуры реакции и ее большей летучести по сравнению со спиртами) [28,30,63]:

А82Оз + 61Ю11 -> 2А8((Ж)з + ЗН2ОТ (1.8)

Интересно отметить также реакцию взаимодействия гликоля с карбонатами щелочных металлов, в результате которой образуются соответствующие моногликоляты [52]. Этот процесс протекает при температуре кипения этиленгликоля, при этом последний вытесняет значительно более сильную угольную кислоту.

8. Обменные реакции алкоголятов между собой. В данном случае равновесие реакции обычно сдвигается вправо за счет удаления более летучего алкоголята после переэтерификации. Рассматриваемый метод (аналогично предыдущему) применяется в основном для получения смешанных алкоголятов. Кроме того, из-за обратимости реакции выделение индивидуальных продуктов, как правило, затруднено: тМе((Ж)„ + п Ме'((Ж,)т тМе((Ж,)п Т + пМе'((Ш)т (1.9)

9. Некоторые реакции металлорганических соединений, приводящие к образованию алкоголятов. Многие из этих реакций относятся к важным синтетическим методам органической химии. При этом алкоголяты являются промежуточными продуктами, почти никогда не выделяемыми в свободном состоянии [64,65].

A1R3 + 02 Al(OR)3 (1.10)

10. Электрохимические методы синтеза. Среди этих методов наибольший интерес представляют процессы анодного окисления металлов при электролизе спиртовых растворов [66,67]. е

Ме + nROH -> Me(OR)n + n/2 Н2 (1.11)

Отдельно следует остановиться на методах получения алкоголятов гликолей и многоатомных спиртов (о некоторых из них упоминалось выше). Однозамещенные алкоголяты обычно получают действием на многоатомные спирты и диолы избытка щелочного или щелочноземельного металла или MOAlk, полностью замещенные алкоголяты тех же металлов -диспропорционированием при нагревании [50].

Двухзамещенные гликоляты и трехзамещенные глицераты многовалентных металлов получают взаимодействием оксидов, гидроксидов, M(OAlk)n, оксалатов, ацетатов соответственно с гликолем или глицерином при температурах выше 250°С.

Исследованию свойств алкоголятов посвящено значительное количество работ. Среди них можно выделить обширные обзоры, выполненные Н.Я.Туровой с сотр. [22,49,52,57,58], Д.Бредли [50], работы сотрудников ИРЕА [24-29,31,37-39,61,61,68-72]. В работе В.В.Щербакова и А.Д. Кириллова [74], посвященной исследованию методов получения гликолятов кальция, изучены электрохимические свойства растворов системы «этиленгликоль - вода - оксид кальция».

Они посвящены изучению структурных характеристик соединений, свойств систем, образуемых алкоголятами с различными растворителями, исследованию температурных зависимостей плотностей, вязкостей, поверхностного натяжения, термохимии индивидуальных веществ. Однако следует отметить, что число рассматриваемых соединений столь велико, а знание этих свойств необходимо для разработки методов получения, выделения и идентификации, что требуется продолжение работ в данном направлении.

В последнее время направление, связанное с применением алкоголятов, развивается и требует разработки новых исходных соединений для процессов, указанных выше.

В разрабатываемом нами методе получения алкоголятов металлов в качестве катализаторов синтеза были использованы тригалогениды галлия. Методы получения и свойства этих соединений описаны в работах [24,25,32,73,76]. Как правило, их получают взаимодействием металлов с элементарными галогенами по реакции:

Me + Hal -» MeHal3 +Q (1.12)

Реакции образования протекают с большим выделением тепла, что позволяет выделять тригалогениды из зоны реакции без дополнительного нагрева.

В работах [24,25,75 — 78] описаны методы получения и глубокой очистки тригалогенидов галлия. Рассмотрен характер перехода примесей по технологической цепочке [75], приведены значения статических характеристик [77]. В работах [24,25, 76,77] приводятся данные по разработке технологических схем получения высокочистых тригалогенидов галлия из различного исходного сырья.

Основные работы по исследованию и разработке методов получения высокочистых алкоголятов элементов выполнены в ИРЕА [24,27-29, 31,32,37,38,61,62,71,72]. Разработаны методы глубокой очистки, анализа и технологические процессы получения особо чистых алкоголятов бора, алюминия, кремния, германия, фосфора, мышьяка. Содержание примесей отдельных примесей, лимитирующих качество соединений при их использовании в процессах получения металлов и оксидов, составляет п-(10"5 -10"7)% масс.

Для получения сложных оксидных композиций промышленными методами обычно используют высокотемпературные синтезы из смесей индивидуальных оксидов [77]. Этот метод достаточно прост и может быть использован для крупномасштабного производства, однако обладает тем недостатком, что требует очень тщательной гомогенизации смесей. В противном случае полученный продукт может иметь существенные отклонения от стехиометрии. Длительность проведения подобных процессов также велика, поскольку кинетика твердофазных реакций не позволяет получить гомогенные продукты в течение короткого отрезка времени [79]

Заключение диссертации по теме «Неорганическая химия», Стрельникова, Инна Евгеньевна

3. ВЫВОДЫ

1 .Разработаны новые методы синтеза гликолятов и целлозольватов щелочноземельных металлов и редкоземельных элементов - прекурсоров для получения простых и сложных оксидов этих металлов методами алкоксотехнологии или пиролитического синтеза.

2. Впервые обнаружен каталитический эффект применения безводных тригалогенидов галлия при получении алкоголятов гетерогенным синтезом путем взаимодействия металлов со спиртами или взаимодействием оксидов металлов со спиртами. Показано влияние вида аниона галогенида галлия и концентрации катализатора на скорость протекания реакций.

3. На основании математического моделирования процесса синтеза алкоголятов путем взаимодействия металлов со спиртами предложен механизм прохождения реакции, состоящий из 2-х стадий - разрушения оксидной пленки на поверхности металла с последующим его каталитическим растворением. Определены кинетические константы процесса каталитического растворения магния в этиленгликоле.

4. Путем взаимодействия тетраэтоксисилана с металлическим магнием в среде этилцеллозольва в присутствии катализатора синтезирован смешанный целлозольват магния-кремния — прекурсор для получения порошков форстерита, и исследованы промежуточные соединения, образующиеся в процессе его синтеза.

5. Разработан метод синтеза бис(триметилсилил)аминотриалкокси-германов, основанный на реакции тетраалкоксигерманов с гексаметилдисилазаном в присутствии катализаторов - галогенидов галлия. Показано, что трииодид галлия обладает более сильным каталитическим действием, чем трихлорид и трибромид галлия

6. Методами парофазного и жидкофазного гидролиза, а также пиролиза в газовых средах с использованием смесей алкоголятов и сложных алкоголятов получены простые и сложные оксидные композиции высокой чистоты, удовлетворяющие требованиям оптической техники и функциональной керамики.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Стрельникова, Инна Евгеньевна, 2005 год

1. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований. Под ред. М.К.Роко, Р.С.Уильямса и П.Аливисатоса. Москва «Мир», 2002г., 291с.

2. Беляков A.B., Методы получения неорганических неметаллических наночастиц. М., Изд. центр РХТУ им. Менделеева. 2003. 78 с.

3. Ч.Пул, Ф.Оуэнс, Нанотехнологии, М., Техносфера. 2004. 328 с.

4. Долгушев Н.В., Суворов С.А. Низкоразмерное состояние вещества. Свойства, описание, параметризация. СПб., Изд-во С.-Петерб. ун-та,2001.-190 с.

5. Нисельсон Л.А., Копецкий Ч.В., Проблема чистоты материалов в микро- и оптоэлектронике. В сб.: Материалы для элементной базы вычислительной техники. М. Изд. МДНТП, 1987, с. 3-5.

6. Г.Г.Девятых, Ю.Е.Еллиев, Введение в теорию глубокой очистки веществ. Наука, М., 1981,200 с.

7. Б.Д.Степин, И.Г.Горштейн, Г.З.Блюм и др., Методы получения особо чистых неорганических веществ. Химия, Ленингр. отд., 1969 480 с.

8. Попов М., Крекс, фекс, mems, или Как подковать блоху. Компьютерра, №14439. с. 22-29.

9. А.А.Ефремов, Разработка химических и физико-химических основ получения осч хлоридов, гидридов и алкилпроизводных элементов III-V групп Периодической системы. Дисс. докт. хим. наук, Горький, 1978, с.279.

10. Л.А.Нисельсон, Исследования в области применения ректификации в металлургии. Дисс. докт. техн. наук, М., МИСиС, 1966 г, 461 с.

11. Кудряшов В.Н. Технология безводного трихлорида хрома реактивных квалификаций. Дисс. канд. хим. наук, М., ИРЕА, 2002,115с.

12. Химические проблемы создания новых материалов и технологий. Сб. статей к 20-летию НИИ ФХП БГУ. Под ред. В.В.Свиридова. Мн. Бел госуниверситет, 1998.-588с.

13. Прогноз технологического развития до 2010 года. Оценка влияния технологии будущего на промышленность и экономику Японии. Искра Индустри Ко., ЛТД, Исикава Кэйдай Кэнкюшо, Токио, Япония,2000,243 с.

14. Рябенко Е.А., дисс. докт. техн. наук, М.,ГНИИХТЭОС

15. Mehrotra R., Polymetallic alkoxides-precursors for ceramics/ Mat.Res.Soc.Symp.Proc., 1988, V. 121, p. 81 92.

16. Guglielmi M., Carturan CM J.Non Cristalline Solides, 1988,V.100, p. 16.

17. Smith R.C.,CVD of TixSii.x02 Films Precursor Chemistry Impact Composition / Chem.Vap.Deposition, 2003,9,No.2, p.79-86/

18. Жукова JT.A., Исследование фазовых соотношений в двойных системах Si02-Ge02, Si02-Ti02, Si02B203 и спектроскопических свойств материалов на их основе, полученных жидкофазным согидролизом алкоксисоедине-ний. Дисс. канд. хим. наук, М., ИРЕА, 187 с.

19. Шалумов Б.З., дисс. докт. техн. наук, М., ГНИИХТЭОС, 1988г., с.462.

20. Туревская Е.П., Яновская М.И., Турова Н.Я., Исследование алкоголятов металлов для получения оксидных материалов. Неорганические материалы, 2000, т.36, №3, с.265-274

21. Туревская Е.П., Козлова Н.И., Турова Н.Я. и др., Применение алкоксотехнологии для получения порошков и пленок УВазСизСЬ-з. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1989, т.2, №9, с.30-37.

22. Семин A.A., Технология получения веществ особой чистоты с применением алкоголятов, Дисс. канд. техн. наук, М., ИРЕА, 2002г., 112 с.

23. Иванов C.B., Получение алкоголятов особой чистоты для нанотехнологии. Дисс. канд. техн. наук, М., ИРЕА, 2005г., 116с.

24. Иванов М.Я. Дисс. докт. техн. наук, М., МХТИ им. Д.И.Менделеева, 1989г., 357 с.

25. Омиадзе А.П., Получение особо чистых эфиров мышьяковистой кислоты и триоксида мышьяка на их основе. Дисс. канд. хим. наук, ИРЕА, М: 1987 г., 132 с.

26. Габисиани Г.Г., Получение особо чистого мышьяка из триалкиларсенитов. Дисс. канд. хим. наук, ИРЕА, М., 1988, 169 с.

27. Кобахидзе К.В., Алкоксидный метод получения особо чистых сурьмы и триоксида сурьмы. Дисс. канд. хим. наук, ИРЕА, М., 1990,148 с.

28. Гигаури Р.Д., Синтез и превращения органических соединений мышьяка на базе AS2O3. Дисс. докт. техн. наук, Казань, 1987г, 412 с.

29. Пилюгин В.М., Технология глубокой очистки эфиров мышьяковистой кислоты. Дисс. канд. хим. наук, ИРЕА, М., 2001,96 с.

30. Гринберг Е.Е., Элементоорганические соединения особой чистоты для микроэлектроники. Дисс. докт. хим. наук, ИрИОХ СО РАН, Иркутск, 1992 г., 47 с.

31. Yamaguchi Jsamu, Nakajama Yosuki, Shimizu Kioshi//J.Japan Soc. Power and Powder Met. 1976 V.23.N2, P.73 -75 (РЖХ 1976, 19M6)

32. Jones S.A., Shang Wong, Burlitch J.M., etc, Sol-Gel Synthesis and Characterisation of Magnesium Silicate Thin Films. /Chem. Mater., 1997,9, 25672576.

33. Разуваев Г.А., Грибов Б.Г., Домрачев Г.А., Саламатин Б.А. Металлорганические соединения для микроэлектроники, М., Наука, 1972, 546 с

34. Гидриды, галиды и металлоорганические соединения особой чистоты. Изд. «Наука», М., 1976 г. 152 с.

35. Черная Н.Г., Технология особо чистых алкоксидов бора и германия Дисс. канд. хим. наук, ИРЕА, М., 157 с.

36. Трохин В.Е., Получение особо чистых триметилалкоксисиланов для микроэлектроники. Дисс. канд. хим. наук , ИРЕА, М., 1993, 190с.

37. Рябцева М.В., Глубокая очистка некоторых летучих соединений Ш-У групп Периодической системы (на примере кремнийорганических соединений и алкоголятов металлов). Дисс. канд. хим. наук, ИРЕА, М., 2003, 106 с.

38. Schehl М., Diaz L.A., Torrecillas R., Alumina nanocomposites from powder-alkoxide mixtures/ Acta materilia, Pergamon, 50(2002), 1125-1139

39. Новые материалы для электроники. Под ред. Д.И.Лайнера. Металлургия М. 1967г., 311 с.

40. Смирнова Т.П., Бадалян А.М., Борисов В.О. и др, Плазмохимический синтез и свойства пленок карбонитрида кремния. Неорганические материалы, т.4,№7,2005г., с.808-816.

41. Smith C.R., Noilien N., Campbell S.A., etc, CVD of TixSiNx02 Films Pecursors Chemistry Impacts Film Composition / Chem.Vap.Deposition, 2003, 9, No.2, P.79-86

42. Каталог фирмы «Lancaster», Великобритания, 2004 г

43. Каталог фирмы «Aldrich», Великобритания, 2005 г

44. Каталог фирмы «Sigma», США, 2002 г

45. Каталог фирмы «Merck», ФРГ, 2004 г

46. Каталог фирмы «Dynamit Nobel Alkoxides», ФРГ, 1982 г

47. Турова Н.Я., Новоселова A.B., Спиртовые производные щелочных, щелочноземельных металлов, магния и таллия(1). Успехи химии, 1965,т.34, вып.3,с.385 -433

48. Бредли Д., Алкоголяты металлов, Там же, 1978,т.47, вып.4, с.638-678.

49. Бредли Д. Синтезы неорганических соединений. М.: Мир, 1967. Т. 2. 229

50. Турова H .Я. Применение методов физико-химического анализа в химии алкоголятов металлов. ЖНХ,2000, т.45, №2,с. 243-249

51. Bradley D.S., Mehrotra R.C., Gaur D.P./Metal alkoxides, N.Y: Acad.Press., 1978.

52. Mehrotra R.C.//J. Indian Chem. Soc. 1954.V.31. P. 85.

53. Турова Н.Я., Рогова T.B., Кучейко С.И., Туревская Е.П., Способ получения алкоголятов металлов. A.C. №1310381.//Б.И. №18, 1987 г., с. 15

54. Горшков A.C., Маркачева A.A., Горбунов А.И., Каталитический процесс получения алкоксисиланов прямым синтезом кремния со спиртом. Катализ в промышленности. 2002 г. №1. с. 12-17

55. Горшков A.C., Маркачева A.A., Горбунов А.И., Каталитическая дегидроконденсация триэтоксисилана, там же, 2003 г. №1, с.3-6.

56. Новоселова A.B., Турова Н.Я., Туревская и др., Физико-химическое исследование простых и комплексных алкоглятов металлов II — IV групп. Изв. АН СССР, сер. Неорганические материалы, 1979, т. 15,№6, с. 1055-1067.

57. Турова Н.Я., Оксоалкоксиды металлов. Синтез, свойства, структура.Успехи химии, 73(11), 2004, 1132 1154

58. Турова Н.Я., Новоселова A.B., О растворимости алкоголятов магнияи щелочноземельных металлов в спиртах. Изв. АН СССР, сер. Неорганические материалы, 1967, т.3,№2, с.351-360

59. Ishimori M., Hagihara T., Tsiura T., etc., Пат. США, №227850 (1941)61 .Бессарабов A.M., Покровская И.Е, Рыжанкова А.К. и др, Кинетическая модель синтеза вторичного бутилата алюминия особой чистоты. Высокочистые вещества, 35,1987, с.149 -152

60. Гринберг Е.Е., Черная Н.Г., Левин Ю.И. и др., Способ получения триэтилбората . Авт. свид. СССР № 1650321, Б.И. 17, 1980 г.

61. Хананашвили Л.М., Андрианов К.А.,Технология элементоорганических мономеров и полимеров. 2-е изд., перераб. М.: Химия, 1983 г. 416с.

62. Методы элементоорганической химии (бор, алюминий, индий, таллий), под ред. Кочешкова, М.:, Химия, 1968, 515 с.

63. Методы элементоорганической химии (кремний), под ред. Кочешкова, М.:, Наука, 1968, 546 с.

64. Ковсман Е.П., Соловьева Л. .Е.Е.Гринберг, Способ получения изопропилата циркония, A.C. СССР № 1646261, Б.И. 21, 1987 г.

65. Tripp J.K., Terence G. Electrolytic manufacture of alkoxides. Pat. 2.121732 (Ger. Offen).//C.A. 1972 V.77. 4885c.

66. Гринберг E.E., Черная Н.Г., Ефремов A.A., Физико-химические свойства некоторых алкоголятов элементов Ш-У групп. Высокочистые вещества, №3,1988, с. 180 -184.

67. Тельной В.И., Гринберг Е.Е., Черная Н.Г., Ларина В.Н., Термохимия тетраметоксигермания и пентаэтокситантала. там же, №3,1993, с.78 -81.

68. Лебр М., Мазероль П., Сатжэ Ж., Органические соединения германия. М.:Мир, 1974,484 с

69. Самсонов Д.П., Исследование процесса глубокой очистки тетрабутоксититана от неорганических примесей. Дисс. канд. хим. наук, ИРЕА, М: 1979г. 125 с.

70. Колганов В.П., Глубокая очистка тетраметоксисилана. автореф. дисс. канд. хим. наук, М.- 1985,24с.

71. Белолипецкий В.П., и др. A.C. СССР

72. Кириллов А.Д., Исследование состояния и свойств растворов в системе оксид кальция этиленгликоль - вода. Дисс. канд. хим. наук, М., РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2005 г., 138 с.

73. Гринберг Е.Е., Получение триметилгаллия особой чистоты./Дисс. канд. хим. наук, М., ИРЕА, 1977г., 117с.

74. Шека И.А., Чаус И .С., Митюрева Т.Т., Галлий. Государственное издание технической литературы, Киев, 1963, 296с.

75. Калашник О.Н., Нисельсон Л.А., Извлечение простых веществ из отходов производства полупроводниковых соединений (арсенид галлия, теллуриды кадмия, ртути, сурьмы и висмута). Тез. XI конф. по химии высокочистых веществ, Н.Новгород.2000, с.49-51.

76. Нисельсон Л.А., Ярошевский А.Г. Коэффициенты разделения (распределения) кристаллизационных методов очистки (препринт). Черноголовка, 1985, 60 с.

77. Гетерогенные химические реакции. Сб.статей. Изд. Минобразования БССР, Минск, 1961, 262 с.

78. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1976. 576 с.

79. Горичев И.Г., Киприянов Н.А. Журн. физической . химии. 1981,Т. 55. № 11.2734 с.

80. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975.

81. Кафаров В.В., Ветохин В.И., Бояринов А.И. Программирование и вычислительные методы в химии и химической технологии. М.: Наука, 1972.

82. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высш. шк., 1978.

83. Kostner-Pflugmacher A., Termin Е//Naturwissenshaften, 1964, В.51, S.554.

84. Пугачевич П.П., Работа со ртутью в лабораторных и производственных условиях. М., Химия, 1972. 320 с.

85. Химическая энциклопедия: В 5 т. — М.: Большая Российская энцикл.,1998.

86. Справочник химика: В 6 т. M. JÏ. : Химия, 1975.

87. Филянд М.А., Семенова Е.И., Свойства редких элементов. Металлургия: М., 1964 г., 912 с.

88. Меротра Р.Ч. Металлоорганическая химия. 1990,Т.30. №4, с.729

89. Аветиков В.А., Зинько Э.И. Магнезиальная керамика. М.: Энергия, 1978, 243 с.

90. Захарневский М.С. Кинетика и катализ. Изд. Ленингр. универ., 1963, 314 е.

91. Бредли Д. Синтезы неорганических соединений. М.: Мир, 1967. Т. 2. С. 229.

92. Bessarabov А.М., Schalumov B.Z. Kinetics of Hydrolyses of Tetraethoxysi-lane // React. Kinet. Catal. Lett. 1987. V.34, № 1, p. 29 -31

93. Бессарабов A.M., Жебровская Е.Б., Фенина М.Ю. и др., Кинетика гидролитической соконденсации тетраэтоксисилана и тетрабутоксититана. Журн. прикл. химии. 1987, Т.60, №3, с. 671 -674

94. Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций. М.: Мир. 1972.

95. Пламена и химическая кинетика. Сб.статей, Изд.иностранной литературы, М.,1961г., 353 с.

96. Некрасов Б.В. Курс общей химии М.: Госхимиздат, 1952, С.661.

97. Свентославский В. Азеотропия и полиазеотропия.

98. Зельвенский Я.Д., Титов А.А., Шалыгин В.А. Ректификация разбавленных растворов. М.: Химия. 1968.

99. Li S., Condrate R.A., Spriggs R.M.//Can. Ceram. Quart. 1988. V.57, № 4, P.61.

100. Реми Г. Курс неорганической химии. М.: Мир, 1972. Т.1. 824с.

101. Edvin W. Reactions of Tetraethoxysilane with Zellosolves.//J. Org. Chem. 1948. V.13.P.275

102. Стрельникова C.M., Получние тонкодисперсных порошков для синтеза муллитной и форстеритной керамики/ Дисс.канд. хим. наук, М., РХТУ, 2001 г, 185 с.