Получение, строение и свойства уранилсиликатов элементов третьей группы периодической системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.01, кандидат химических наук Гурьева, Татьяна Александровна
- Специальность ВАК РФ02.00.01
- Количество страниц 117
Оглавление диссертации кандидат химических наук Гурьева, Татьяна Александровна
Введение.
Глава I. Общие сведения о соединениях урана (VI) состава Mk(U02An)knH20 (Мк - элементы в степени окисления +1, +2, +3; An - Si030H3", Ge030H3", Р043, As043", Sb043, V043', Nb043", Ta043)
Литературный обзор).
1.1. Особенности строения и кристаллохимические границы существования соединений ряда Mk(U02An)k-nH20.
1.2. Координационные возможности атомов урана (VI) в структуре соединений Mk(U02An)k-nH20.
1.3. Роль атомов Si, Ge, Р, As, Sb, V, Nb, Та в структуре соединений Mk(U02An)k-nH20.
1.4. Влияние атомов М на структурообразование соединений Mk(U02An)k-nH
1.5. Структурообразующая роль и состояние воды в соединениях Mk(U02An)k-nH20.
1.6. Физико-химические свойства соединений состава Mk(U02An)k-nH20.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Неорганическая химия», 02.00.01 шифр ВАК
Исследование ураноборатов щелочных и щелочноземельных металлов2003 год, кандидат химических наук Кортикова, Ольга Владимировна
Синтез, строение и физико-химические свойства ураносиликатов и ураногерманатов d-переходных элементов2004 год, кандидат химических наук Сергачева, Ирина Владимировна
Синтез, строение и физико-химические свойства уранилтрикарбонатов одно- и двухвалентных элементов2009 год, кандидат химических наук Власова, Елена Владимировна
Термодинамика соединений ряда A II (B v UO6 )2 . nH2 O(A ii-Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, B v-P, As) и процессов с их участием2002 год, кандидат химических наук Егорова, Ольга Александровна
Синтез, строение и свойства ураносиликатов и ураногерманатов щелочных и щелочноземельных металлов2002 год, кандидат химических наук Кортиков, Владимир Евгеньевич
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение, строение и свойства уранилсиликатов элементов третьей группы периодической системы»
Актуальность темы
Целый ряд научных исследований в нашей стране и за рубежом был в последние годы посвящен изучению форм нахождения радиоактивных элементов в природе. Достаточно много внимания уделено было урану, как имеющему важнейшее практическое значение среди других радиоактивных элементов. Спрос на него со стороны промышленности продолжает расти. В связи с поиском новых энергетических ресурсов и стремительным развитием ядерной энергетики продолжают возникать вопросы, связанные с миграцией и извлечением урана из природных руд.
В связи с этим, с точки зрения фундаментальной химии интересным представляется всестороннее изучение как природных минералов урана, так и получение и комплексное исследование их синтетических аналогов и ранее неизвестных представителей различных классов соединений урана.
В настоящее время известно больше сотни урановых минералов, причем их список постоянно пополняется. Видное место среди известных соединений урана занимают силикаты, поскольку кремний является одним из наиболее распространенных в земной коре элементов.
Уранилсиликаты можно отнести к широкому классу минералоподобных уранилсодержащих соединений состава Mk(U02An)k-nH20 (Mk - элементы в степени окисления +1, +2 и +3; An - В033", Si030H3", Ge030H3", Р043", As043",
3 3 3 3
VO4", Nb04", Ta04Sb04"). К началу выполнения данной диссертационной работы лишь несколько публикаций было посвящено изучению уранилсиликатов щелочных, щелочноземельных и Зс1-переходных элементов. Какая-либо информация об уранилсиликатах элементов третьей группы в научной литературе отсутствовала.
В связи с этим, изучение условий синтеза и комплексное физико-химическое исследование неизвестных ранее представителей ряда Mk(U02Si030H)k-nH20 (Mk - элементы третьей группы), а также выявление взаимосвязи между элементным составом соединений, особенностями их строения и свойствами, изучение роли воды и природы межслоевого атома представляется весьма актуальным.
Цель работы
Цели диссертационной работы заключались в следующем:
1. Разработка методик синтеза уранилсиликатов элементов третьей группы.
2. Установление кристаллохимических границ существования ряда Mk(U02Si030H)k-nH20 (Mk - элементы третьей группы) и изучение взаимосвязи между структурой и свойствами уранилсиликатов группы уранофана.
3. Проведение комплексного исследования синтезированных соединений, включающего изучение условий синтеза, особенностей строения и физико-химических характеристик методами рентгенографии, в том числе высокотемпературной, ИК-спектроскопии и термографии.
4. Определение стандартных энтальпий образования уранилсиликатов элементов третьей группы при Т=298,15 К и термохимический анализ реакций синтеза и дегидратации с участием соединений исследуемого ряда.
5. Изучение температурных зависимостей изобарных теплоемкостей для некоторых представителей группы уранофана.
Научная новизна полученных результатов
Работа представляет собой комплексное исследование уранилсиликатов элементов третьей группы с общей формулой Mk(U02Si030H)k-nH20 (Mk -элементы третьей группы). В результате выполнения данной работы разработаны оптимальные методики синтеза, позволившие получить образцы соединений данного ряда с высокой степенью кристалличности. Во всех случаях получены индивидуальные фазы со строго фиксированным гидратным числом, а также безводные соединения. Соединения Mk(U02Si030H)k-nH20 (Mk
-Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Tl), их промежуточные кристаллогидраты и безводные фазы получены впервые.
Все полученные уранилсиликаты указанного ряда описаны с использованием методов рентгенографии и ИК-спектроскопии. Изучена термическая устойчивость синтезированных соединений, а также продуктов их дегидратации и термораспада. Установлена роль воды в структуре соединений. Впервые по результатам калориметрических измерений определены стандартные энтальпии образования при Т=298.15К уранилсиликатов состава Mk(U02Si030H)k-nH20 (Mk - элементы третьей группы) и уранофана Ca(U02Si030H)2-5H20. Методом адиабатической вакуумной калориметрии в интервале 80 - 300 К изучены теплоемкости и рассчитаны термодинамические функции уранилсиликатов лантана, лютеция и кальция. Вычислены их стандартные энтропии и функции Гиббса образования. На основании полученных данных рассчитаны и проанализированы стандартные термодинамические функции реакций синтеза и дегидратации с участием исследуемых соединений.
Практическое значение выполненной работы
Проведенная работа в области синтеза и исследования нового класса сложных неорганических соединений урана является практически значимой и интересной.
Уранилсиликаты являются одной из наиболее распространенных минеральных форм нахождения урана в природе. Кроме того, они способны образовываться на различных этапах ядерного энергетического комплекса от переработки урановой руды до иммобилизации радиоактивных отходов. Благодаря этому сведения об их физико-химических свойствах могут быть использованы при решении ряда радиохимических задач: описании минеральных равновесий с участием урана и других радионуклидов естественного и техногенного происхождения, а также количественного описания процессов их миграции в окружающей среде.
Полученные в ходе выполнения данной диссертационной работы рентгенографические, ИК-спектроскопические, термические и термодинамические данные представляют несомненный фундаментальный интерес, поскольку могут быть включены в соответствующие справочники и использованы при рассмотрении и моделировании различных химических процессов с участием изученных соединений.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международных (Молодежь и химия: Материалы Международной научной конференции, г. Красноярск, 2004; XV Международная конференция по th химической термодинамике в России. Москва, 2005; 15 Radiochemical Conference. Marianske Lazne. Czech Republic, 2006) и Всероссийских конференциях (Молодежь и химия: Материалы Всероссийской научной конференции. г.Красноярск, 2003; Третья всероссийская конференция молодых учёных-химиков. г.Нижний Новгород, 2004). Отдельные результаты работы докладывались на региональных конференциях молодых ученых (Шестая конференция молодых ученых-химиков. Н.Новгород, 2003; Седьмая конференция молодых учёных-химиков. г.Нижний Новгород, 2004; Восьмая конференция молодых учёных-химиков. г.Нижний Новгород, 2005; Девятая Нижегородская сессия молодых ученых. г.Дзержинск, 2004; Десятая Нижегородская сессия молодых ученых. г.Дзержинск, 2005).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 9 статей и 1 статья находится в печати в центральных академических журналах: Журнале неорганической химии, Журнале физической химии, Радиохимии.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа изложена на 117 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, выводов, заключения, приложения, списка цитируемой литературы, включающего 121 ссылку на работы отечественных и зарубежных авторов. В работе содержится 29 рисунков и 18 таблиц в основном тексте, а также 7 таблиц в приложении.
Похожие диссертационные работы по специальности «Неорганическая химия», 02.00.01 шифр ВАК
Термодинамические свойства ряда ураноборатов2008 год, кандидат химических наук Марочкина, Мария Николаевна
Химическая термодинамика ураносиликатов щелочных металлов2003 год, кандидат химических наук Чернорукова, Анна Сергеевна
Синтез, строение и физико-химические свойства уранованадатов одно-, двух- и трехвалентных металлов2000 год, кандидат химических наук Князев, Александр Владимирович
Синтез, строение и свойства уранофосфатов и ураноарсенатов элементов третьей группы периодической системы Д. И. Менделеева2001 год, кандидат химических наук Барч, Светлана Владимировна
Закономерности структурообразования и физико-химические свойства сложных кислородных соединений урана и тория2009 год, доктор химических наук Князев, Александр Владимирович
Заключение диссертации по теме «Неорганическая химия», Гурьева, Татьяна Александровна
выводы
1. Разработаны оптимальные методики синтеза ранее неизвестных соединений, образующихся в системах Mk(U02Si030H)k - Н20 (Mk -Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Tl). Для получения уранилсиликатов исследуемого ряда использованы методы осаждения из раствора и ионного обмена. С целью определения элементного состава исследуемых соединений проведен химический анализ полученных фаз.
2. Установлены кристаллохимические границы существования соединений ряда MK(U02Si030H)k-nH20 (Мк -элементы третьей группы). Показано, что возможность вхождения элемента третьей группы в структуру данных соединений определяется в целом размерными факторами. С использованием метода рентгенографии показано, что общий мотив кристаллической структуры исследуемых соединений аналогичен наблюдаемому в ранее изученных производных щелочных, щелочноземельных и Зё-переходных элементов и носит слоистый характер. При этом для уранилсиликата таллия(1) изоструктурными являются производные щелочных элементов, для уранилсиликатов РЗЭ - производные Зё-переходных элементов. Слои образованы из полиэдров урана и кремния. Элементы третьей группы и молекулы воды, расположенные между слоями, выполняют подчиненную функцию, достраивая структуру соединений и делая ее электронейтральной.
3. Методом ИК-спектроскопии установлено, что все изученные уранилсиликаты элементов третьей группы являются функциональными аналогами. Анализ ИК-спектроскопических данных выявил наличие в спектрах исследуемых соединений полос, отвечающих колебаниям молекул воды, уранильных групп и группировок Si030H. Анализ валентных колебаний групп U022+ и Si044" в структуре соединений состава Mk(U02Si030H)k-nH20 (Mk -Y, La-Lu, Tl) показал уменьшение длин связей Si-0 и U-0 в уранилсиликатном слое с уменьшением размера межслоевого атома. Вода в составе изученных уранилсиликатов сохраняет молекулярную природу. По энергии связи с элементами структуры она делится на воду, находящуюся в координационных сферах межслоевого атома, а также на воду, связанную слабыми Ван-дер-ваальсовыми или Н-связями.
4. Методом термографии и высокотемпературной рентгенографии изучена термическая устойчивость уранилсиликатов элементов третьей группы, установлены особенности процессов их дегидратации и термораспада. Согласно полученным данным, уменьшение гидратного числа приводит к уменьшению слоевого расстояния. Распад уранилсиликатов элементов третьей группы протекает по аналогичному механизму с образованием промежуточных кристаллогидратов, безводных соединений и конденсированных фаз. Гидратное число в уранилсиликатах ряда Mk(U02Si030H)k-nH20 (k=l, 2, 3) возрастает с увеличением степени окисления атома Мк+. Наличие протона в слоеобразующих тетраэдрах Si030H уранилсиликатов группы уранофана приводит к существенному снижению термической устойчивости безводных соединений по сравнению с беспротонными структурами уранилсиликатов группы казолита состава Mn(U02Si04)-nH20 и производных элементов V группы состава Mk(U02An)k-nH20 (Mk - элементы в степени окисления +1, +2 и +3; An - РОД As043", V043", Nb043').
5. Методом реакционной адиабатической калориметрии впервые определены стандартные энтальпии образования тридцати двух соединений, принадлежащих исследуемым рядам - декагидратов и безводных уранилсиликатов редкоземельных элементов, а также безводного уранилсиликата таллия и его моногидрата при Т=298.15К. Согласно полученным данным, значения стандартных энтальпий образования кристаллических декагидратов уранилсиликатов лантаноидов и их безводных аналогов увеличиваются с увеличением порядкового номера РЗЭ, проявляя аномалию в виде максимума, соответствующего производному европия. По полученным данным выполнен термохимический анализ реакций дегидратации исследованных соединений. Установлено, что зависимость энтальпии дегидратации от порядкового номера лантаноида имеет внутреннюю периодичность, обусловленную различной заселенностью f-орбиталей атомов РЗЭ.
6. Методом адиабатической вакуумной калориметрии впервые изучена изобарная теплоёмкость трех новых неорганических соединений вида Mk(U02Si030H)k-nH20 (где Mk - La, Lu и Са) в интервале 80-300К. Вычислены стандартные энтропии и функции Гиббса образования при Т=298.15К уранилсиликатов различных элементов. Полученные термодинамические данные подтверждают целесообразность использования реакции осаждения из раствора для синтеза уранилсиликатов лантаноидов при Т=298.15К. Реакция ионного обмена для уранилсиликатов РЗЭ либо характеризуется значительно меньшим значением константы равновесия реакции, либо термодинамически не разрешена при Т=298.15К.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной диссертационной работе изучены условия синтеза и проведено комплексное физико-химическое исследование уранилсиликатов элементов третьей группы Периодической системы состава Mk(U02Si030H)k-nH20 (Mk -Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Ей, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Tl). Bee 16 изученных систем выделены и идентифицированы впервые. Для определения элементного состава всех полученных соединений проведен их химический анализ.
Уранилсиликаты лантаноидов и иттрия получали по реакции осаждения из раствора при температуре 90°С. Как показали наши исследования, более высокие значения температур приводят к образованию слоистых соединений иного состава. Уменьшение температуры процесса приводит к значительному увеличению времени его протекания. Синтез уранилсиликата таллия проводили методом ионного обмена в гидротермальных условиях. Выбор метода синтеза для каждого конкретного соединения был обусловлен стремлением к оптимизации условий синтеза, а также необходимостью получения соединений заданного состава и строения с достаточной степенью кристалличности и химической чистоты.
Анализ условий синтеза уранилсиликатов с общей формулой Mk(U02Si030H)k-nH20 (Mk - элементы в степени окисления +1, +2 и +3) позволил установить общую тенденцию уменьшения значений температуры, а также увеличение времени их получения при переходе от уранилсиликатов щелочных и щелочноземельных элементов (200°С, 15 ч) к производным 3d-переходных элементов (130°С, 240 ч) и соединениям с элементами со степенью окисления +3 (90°С, 336 ч).
В ходе выполнения данной диссертационной работы установлены кристаллохимические границы существования соединений ряда Mk(U02Si030H)k-nH20 (Mk - элементы третьей группы). Показана возможность получения ранее не известных уранилсиликатов иттрия, таллия и лантаноидов. В результате выполненных нами исследований установлено, что образование производных алюминия, скандия, галлия, индия, а также производных элементов в степени окисления +4 в изученных условиях не представляется возможным вследствие формирования более устойчивого, по сравнению со слоистыми соединениями группы уранофана, силиката уранила ((U02)2Si04-2H20) с каркасным типом кристаллической структуры. При этом возможность вхождения того или иного элемента третьей группы в кристаллическую структуру соединений исследуемого ряда обусловлена не столько принадлежностью элемента к главной или побочной подгруппам, сколько размерами его атома.
Все синтезированные соединения изучены методом рентгенографии. Согласно полученным данным, общий мотив кристаллической структуры исследованных соединений аналогичен наблюдаемому в ранее изученных производных щелочных, щелочноземельных и Зё-переходных элементов и носит слоистый характер. Основная причина этого обусловлена тем, что наиболее важную роль в формировании структуры соединений играют атомы урана(У1), стремящиеся к образованию уранильной группировки, что и предопределяет слоистое строение соединений.
Для описания строения уранилсиликатов РЗЭ с общей формулой Mni(U02Si030H)3-nH20 (Мш - Y, La-Lu) были использованы рентгеноструктурные данные яхимовита Cu(U02Si030H)2-6H20, поскольку сравнение полученных нами рентгенографических характеристик и известных из литературы данных рентгеноструктурного анализа яхимовита показало их полную фазовую аналогию. В случае уранилсиликата таллия Tl(U02Si030H)-H20 таким фазовым аналогом был выбран болтвудит K(U02Si030H)-H20, для которого имеются данные рентгеноструктурного анализа.
Данные рентгенофазового анализа, полученные на уранилсиликатах лантаноидов и иттрия, показывают определенную, практически аналогичную для всех исследуемых соединений, дифракционную картину. Фазовая аналогия уранилсиликатов редкоземельных элементов обусловлена близостью значений кристаллохимических радиусов иттрия и лантаноидов. Все уранилсиликаты РЗЭ проиндицированы в триклинных осях. Различие в объемах элементарных ячеек в ряду лантаноидов составляет не более 8,4%.
Следует отметить, что при фазовой аналогии объем элементарной ячейки уранилсиликата таллия больше на 4.5% объема элементарной ячейки уранилсиликата калия. Подобные изменения Уяч (увеличение на 2.3% и 0.9% соответственно) отмечались при изучении уранилванадатов и уранилгерманатов калия и таллия.
Уранилсиликат таллия проиндицирован в моноклинных осях. Анализ кристаллохимических данных, полученных на уранилсиликатах редкоземельных и щелочных элементов, в том числе таллия, указывает на снижение симметрии элементарных ячеек при переходе от производных щелочных элементов к соединениям редкоземельных элементов. Подобное влияние вида межслоевого атома на структурообразование исследуемых соединений обусловлено особенностями строения электронных оболочек межслоевых атомов. Аналогичные тенденции наблюдались при изучении соединений состава Mk(U02An)k-nH20 (An - Ge030H3', Р043", As043", Sb043", V043", Nb043", Ta043"; k=l-3).
Таким образом, состав слоев в уранилсиликатах кристаллохимической группы уранофана можно представить формулой [U02Si03OH]n"oo. Пентагональные бипирамиды U07 слоя соединены по общему ребру в бесконечные цепи, связь которых между собой осуществляется с помощью тетраэдров Si030H. Межслоевые атомы и молекулы воды выполняют подчиненную функцию, достраивая структуру соединений и делая ее электронейтральной. При этом вид межслоевого атома определяет содержание воды и характер взаимного расположения слоёв.
Иное, по сравнению с производными РЗЭ, расположение атомов таллия между уранилсиликатными слоями обусловлено его большим, размером. Проявляя в данных соединениях степень окисления +1, таллий ведет себя как щелочной элемент. Принадлежность его к третьей группе элементов существенной роли в процессах структурообразования не играет.
ИК-спектроскопическое исследование показало, что все изученные уранилсиликаты элементов третьей группы являются функциональными аналогами. В спектрах всех изученных соединений можно выделить несколько интервалов частот, в которых проявляются колебания ортосиликатного тетраэдра, уранильной группы и молекулярной воды. Особенностью уранилсиликатов группы уранофана и их германиевых аналогов в отличие от остальных соединении состава Mk(U02An)k-nH20 (Ап-Si044", Р043", As043", Sb043", V043", Nb043", Ta043") является наличие ОН-групп в составе полиэдров Si(Ge)030H, проявляющейся в виде полос соответствующих валентным (3203-3461 см"1) и деформационным (1385-1430 см"!)колебаниям группировок Si-O-Н в ИК-спектрах исследованных соединений.
Анализ валентных колебаний группировок U022+ и Si044" в структуре соединений состава Мк(и028Юз0Н)к-пН20 показал, что все зависимости положения полосы от размера межслоевого атома являются убывающими. Это свидетельствует об уменьшении длин связей в уранилсиликатном слое с уменьшением размера межслоевого атома, что приводит к увеличению плотности соединений в ряду лантаноидов от лантана к лютецию. Полученные данные хорошо согласуются с рассчитанными рентгеновскими плотностями соединений на основании данных рентгенографии.
Различия между спектрами уранилсиликата таллия и уранилсиликатов редкоземельных элементов в основном проявляются в количестве и положении полос, соответствующих валентным и деформационным колебаниям молекул воды, что связано с особенностями строения данных соединений: размером и зарядом межслоевого атома, положением его между уранилсиликатными слоями и типом координации данного атома в кристаллической структуре.
Вода в составе изученных уранилсиликатов сохраняет свою молекулярную природу. По энергии связи с элементами структуры она делится на воду, находящуюся в координационных сферах межслоевого атома, а также на воду, связанную слабыми вандерваальсовыми или Н-связями. На присутствие в уранилсиликатах элементов третьей группы водородных связей различной длины и прочности указывает расщепление полос валентных и деформационных колебаний воды в ИК-спектрах данных соединений.
Анализ спектроскопических данных, полученных на безводных уранилсиликатах редкоземельных элементов, показал увеличение длин связей в координационных полиэдрах слоеобразуюгцих атомов. Это связано с напряжениями, возникающими в структуре в процессе дегидратации и приводящими к деформации полиэдров слоев. Полученные результаты хорошо согласуются с рентгенографическими данными.
Методом термографии изучена термическая устойчивость уранилсиликатов элементов третьей группы, установлены особенности процессов их дегидратации и термораспада. Гидратное число в уранилсиликатах ряда Mk(U02Si030H)k-nH20 (k=l, 2, 3) возрастает с увеличением степени окисления атома Мк+. Согласно полученным результатам, уменьшение гидратного числа приводит к уменьшению межслоевого расстояния. Распад уранилсиликатов элементов третьей группы протекает по одинаковому механизму: с образованием промежуточных кристаллогидратов, безводных соединений и конденсированных фаз.
В соответствии с результатами высокотемпературной рентгенографии все промежуточные кристаллогидраты сохраняют слоистый мотив структуры. Однако все они являются метастабильными при Т=298 К и устойчивы только в заданных температурных интервалах. Охлаждение выделенных фаз на воздухе приводит к гидратации и возвращению в исходные кристаллогидраты. Дальнейший термораспад безводных фаз обусловлен необратимым процессом конденсации гидроксогрупп кремнийкислородных тетраэдров слоя, что приводит к разрушению кристаллической решетки соединений.
Наличие протона в слоеобразующих тетраэдрах Si030H уранилсиликатов группы уранофана приводит к существенному снижению термической устойчивости данных соединений (средняя температура распада ~450°С) по сравнению с уранилсиликатами группы казолита (средняя температура распада ~1000°С) и производными элементов V группы - Р, As, V, Nb (средняя температура распада ~1000-1100°С), не имеющих в своем составе протона.
Для количественного описания процессов с участием соединений исследуемого ряда методом реакционной адиабатической калориметрии были определены стандартные энтальпии образования уранилсиликатов элементов третьей группы и уранилсиликата кальция при Т=298.15К. Согласно полученным данным, значения стандартных энтальпий образования кристаллических декагидратов уранилсиликатов лантаноидов и их безводных аналогов увеличиваются с увеличением порядкового номера элемента, проявляя аномалию в виде максимума, соответствующего производному европия. Полученные "данные позволили провести термохимический анализ реакций дегидратации с участием данных соединений. Установлено, что зависимость энтальпии дегидратации от порядкового номера лантаноида имеет внутреннюю периодичность, обусловленную различной заселенностью f-орбиталей атомов РЗЭ.
Для оценки устойчивости уранилсиликатов РЗЭ по полученным данным были рассчитаны энтальпии "решеток" исследуемых соединений. Последние уменьшаются в ряду производных Y —>• Lu —>• Yb —► Tm —>• Но —► Er —> Dy —Tb —>• Gd —Sm —Eu —> Nd —> Pr —>• Ce —>• La, что соответствует уменьшению устойчивости соединений с увеличением размера межслоевого атома.
Методом адиабатической вакуумной калориметрии впервые изучена изобарная теплоёмкость трех новых неорганических соединений вида
Mk(U02Si030H)knH20 (где Mk - La, Lu и Ca) в интервале 80-300К. Вычислены стандартные энтропии и функции Гиббса образования при Т=298.15К уранилсиликатов различных элементов. Полученные термодинамические данные подтверждают целесообразность использования реакции осаждения из раствора для синтеза уранилсиликатов лантаноидов при Т=298.15К. Реакция ионного обмена либо характеризуется значительно меньшим значением константы равновесия реакции, либо термодинамически не разрешена при Т=298.15К.
Таким образом, разработаны методики синтеза уранилсиликатов элементов третьей группы. Установлены кристаллохимические границы существования ряда Mk(U02Si030H)k-nH20 (Mk - элементы третьей группы) и выявлены взаимосвязи между структурой и свойствами уранилсиликатов группы уранофана. Проведено комплексное исследование синтезированных соединений, включающее изучение условий синтеза, особенностей строения и физико-химических характеристик методами рентгенографии, в том числе высокотемпературной, ИК-спектроскопии и термографии. Определены стандартные энтальпии образования уранилсиликатов элементов третьей группы при Т=298,15 К. Проведен термохимический анализ реакций синтеза и дегидратации с участием соединений исследуемого ряда. Изучены температурные зависимости изобарных теплоемкостей уранилсиликатов лантана, лютеция и кальция.
Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Гурьева, Татьяна Александровна, 2006 год
1. Abeledo M.J., Benyacar M.R., Galloni E.E. Runquilite, a calcium uranyl silicate. //Amer. Mineralogist. 1960. V.45. P.1078-1086.
2. Abraham F., Dion C., Saadi M. Carnotite analoques: synthesis and properties of the Nai xKxU02V04 solid solution (0<x<l). // J. Mater. Chem. 1993. V. 3. № 5. P.495-463.
3. Abraham F., Dion C., Tancret N., Saadi M. Ag2(U02)V208: a new compond with the carnotite structure. Synthesis, structure and properties. // Adv. Mater. Res. (Zug. Switz.) 1994. 1-2 (Physical Chemistry of Solid State Materials) P. 511-520.
4. Appleman D.E., Evans H.T. The crystal structures of syntetic anhydrous carnotite, K2(U02)V208 and its cesium analogue, Cs2(U02)2V208. // Amer. Miner. 1965. V. 50. P. 825-842.
5. Barton R.B. Synthesis and properties of carnotite and its alkali analogues. // Amer. Miner. 1958. V. 43. P. 799-817.
6. Beintema J. On the composition and the crystallography of autunite and the meta-autunites. // J. Rec. Trav. Chim. Pase-Bas of Belguque. 1938. V. 57. P. 155-175.
7. Borene J., Cesbron F. Structure cristalline de 1'uranyl-vanadate de nickel tetrahydrate Ni(U02)2(V04)2□ 4H20. //Bull. Soc. Franc. Mineral. Cristallogr. 1970. T. 93. P. 426-432.
8. Borene J., Cesbron F. Structure cristalline de la curienite Pb(U02)2(V04)2D5H20. // Bull. Soc. Franc. Mineral. Cristallogr. 1971. V. 94. № 1. P.8-14.
9. Burns P.C., Ewing R.C., Hawthorne F.C. The crystal chemistry of hexavalent uranium: polyhedron geometries, bond-valence parameters, and polymerization of polyhedra. The Canadien Mineralogist. 1997. V. 35. P. 1551-1570.
10. Darriet В., Rat M., Galy J., Hagenmuller P. Sur Quelques nouveaux purochlores des sustemes MT03 -W03 etMT03 -Te03. //Mat. Res. Bull. 1971. V.6. P.1305-1316.
11. Fitch A.N., Bernard L., Howe A.T. et all. The room-temperature structure of DU02As04-4D20 by Powder Neutron diffraction. // Acta Cryst. 1983. V. C39. P. 159-162.
12. Fitch A.N., Wright A.F., Fender B.E.F. The structure of U02DAs04-4D20 at 4K by Powder Neutron diffraction. //Acta Cryst. 1982. V. B38. P. 2546-2554.
13. Frondel, C. & Ito, J. Boltwoodite, a new uranium silicate. //Science. 1956. V. 124, p. 931.
14. Gasperin M. Synthese et Structure de trois niobouranates d'ion monovalents: TlNb2U20n.5, KNbU06 et RbNbU06. // J. Solid State Chem. 1987. V. 67. P. 219-224.
15. Gasperin M. Synthese et structure du borouranate de lithium, LiBU05. //Acta Crystallographica C. 1990. V.46. P.372-374.
16. Gasperin M. Synthese et structure du borouranate de sodium, NaBU05. //Acta Crystallographica C. 1988. V.44. P.415-416.
17. Gasperin M. Synthese et Structure du Niobouranate de Cesium: CsNbU06. // Acta Cryst. 1987. V. C43. P. 404-406.
18. Ginderow D. Structure de l'uranophane alpha, Ca(U02)2(Si030H)2(H20)5. //Acta Crystallographica. 1988. ACSCE 44. P.421-424.
19. Gorman D.H. Studies of radioactive compounds: V-Soddyite. //Amer. Mineralogist. 1952. V.37. P.386-393.
20. Gorman D.H., Nuffield E.W. Studies of radioactive compounds: VHI-Uranophane and beta- uranophane. //Amer. Mineralogist. 1955. V.40. P.634-645.
21. Honea R.M. New data on boltwoodite, an alkali uranil silicate. //Amer. Miner. 1961. V.46. № 1.
22. Huynen A. M., Piret-Meunier J., van Meerssche M. Structure de la Kasolite. //Academie Royale de Belgique, Classe des Sciences: Bulletin. BCSAA 49. 1963. P.192-201.
23. Huynen A.-M., M Van Meersssche //Bull. Acad. roy. Sci. Belgique. 1962. V.48. P.742-750.
24. Kelley K.K., Parks G.S., Huffman H.M. // J.Phys.Chem. 1929. T.33.№ 12. P.1802-1807.
25. Khosrawan-Sazedj F. The crystal structure of meta-uranocircite II, Ba(U02)2(P04)2-6H20 // TMPM Tschermaks Min. Petr. Mitt. 1982. Bd. 29. S. 193-204.
26. Langmuir D. Uranium solution mineral equilibria at low temperatures with applications to sedimentary ore deposits. //Geochimica of Cosmochimica Acta. V.42. P.547-569.
27. Legros J. P., Jeannin Y. Coordination de l'uranium par l'ion germanate. II Structure du germanate d'uranyl dihydrate (U02)2Ge04(H20)2. // Acta Crystallographica. 1975. B.31. P.l140-1143.
28. Mc Burney T.C., Murdoc K.J. Haiweeite, a new uranium mineral from California. //Amer. Mineralogist. 1959. V.44. P.839-843.
29. Morosin B. Hydrogen uranyl phosphate tetrahydrate, a hydrogen ion solid electrolyte. // Acta Cryst. 1978. V.B34. P.3732-3734.
30. Nguyen Son N., Silva R.J. Standard Gibbs free energies of formation at the temperature 303.15K of four uranyl silicates: soddyite, uranophane, sodium boltwoodite, and sodium weeksite. //J. Chem. Thermodinamics. 1992. V.24. P.359-376.
31. Outerbridge W.F., Staatz M.H., Meyrowitz R. and Pommer A.M. Weeksite, a new uranium silicate from the Thomas Range, Juab County, Utah. //Amer. Mineralogist. 1960. V.45. P.39-52.
32. Piret P. Structure de A1(U02)(P04).2-[0H]-8H20. // Acta Cryst. 1979. B. 35. N. 12. P.3017-3020.
33. Piret-Meunier J, van Meerssche M. Structure de la Jachimovite. Cu2H2(U02Si04)2(H20)5. //Academie Royale de Belgique, Classe des Sciences: Bulletin BCSAA 49.1963. P.181-191.
34. Rosenzweig A., Ryan R.R. Kasolite, Pb(U02)(Si04)(H20). //Crystal Structure Communications. CSCMC 6. 1977. P.617-621.
35. Rosenzweig A., Ryan R.R. Refinement of the crystal structure of cuprosklodowskite, Cu(U02)2(Si030H)2(H20)6. //American Mineralogist. 1975. V.60. P.448-453.
36. Ryan R.R., Rosenzweig A. Sklodowskite, Mg0-2U03-2Si0r7H20. //Cryst. Struct. Comm. 1977. V.6.P.611.
37. Singer E., Matucha M. Erfahrungen mit der Bestimmung von Uran in Erzen und Gesteinen mit Arsenazo III. //Z. Anal. Chem. 1962. Bd.191. S.248-253.
38. Smith D.K., Gruner J.W., Lipscomb W.N. The crystal structure of uranophane
39. Ca(H30)2.(U02)2(Si04)2-3H20. //Amer. Mineralogist. 1957. V.42. P.594-618.
40. Smith D.K., Stohl F.V. Crystal structure of beta-uranophane. //Geological Society of Amer. Mineralogist. 1972. V.135. P.281-288.
41. Stohl F.V. and Smith D.K. The crystal chemistry of the uranyl silicate minerals. //Am. Mineral. 1974. Ser.2 V.2. P.271.
42. Stohl F.V. and Smith D.K. The crystal chemistry of the uranyl silicate minerals. //Am. Mineral. 1981. V.66. P.610-625.
43. Viswanathan K., Harneit 0. Refined crystal structure of beta-uranophane Ca(U02)2(Si030H)2(H20)5. //American Mineralogist. 1986. V.71. P.1489-1493.
44. Vochten R., Grave E., Pelsmaekers J. Mineralogical study of bassetite in relation to its oxidation. //Am. Min. 1984. Vol.69. P.967-978.
45. Walenta K. Die sekundaren Uranmineralien des Schwarzwaldes. //Jh. geol. Landesamt Baden-Wurttemberg. 1958. Bd.3. S.17-51.
46. Walenta K. Die Uranglimmergruppe. //Chem. Erde. 1965. Bd.24. №2-4. S.254-278.
47. Weigel F,, Hoffman G. The phosphate and arsenate of hexavalent actinides. Part. I. Uranium. //J. of the Less-Common Metals. 1976. V.44. P.99-123.
48. Алексеев E.B., Сулейманов E.B., Чупрунов E.B., Фукин Т.К. // Журнал структурной химии. 2004. Т.45. №3. С.544-548.
49. Амбарцумян Ц.Л., Назаренко Н.Г., Басалова Г.И. Горжевская С.А., Ходжаева Р.Г. Термические исследования ураносодержащих минералов. М.: Госатомиздат. 1961. 146с.
50. Барч С.В. Дис. . канд.хим.наук. ННГУ. 2001. 134с.
51. Володько А.В., Комяк A.M. Умрейко Д.С. Ураниловые соединения. Минск: Изд-во БГУ. 1981.432с.
52. Гиллебрант В.Ф., Лендель Г.Э., Брайт Г.А., Гофман Д.И. Практическое руководство по неорганическому анализу. М.: химия. 1966. 1111с.
53. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. М.: Химия, 1975. 584с.
54. Карякин Н.В. Основы химической термодинамики. М.: Академия. 2003. 462с.
55. Карякин Н.В., Черноруков Г.Н., Бондарева А.С. Термодинамические свойства ураносиликата калия. // Ж. физической химии. 2002. Т.76. №12. С.2328-2331.
56. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций.1. М.:Химия. 1970.519 с.
57. Князев А.В. Дис. . канд.хим.наук. ННГУ. 2000. 143с.
58. Колесов В.П. Основы термохимии. Изд-во Московского университета. 1996. 205с.
59. Кортиков В.Е. Дис. . канд.хим.наук. ННГУ. 2002. 146с.
60. Кортикова О.В. Дис. . канд.хим.наук. ННГУ. 2003. 142с.
61. Котгон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. В 3-х частях. М.: Мир. 1969.
62. Крестов Г.А. Термодинамика ионных процессов в растворах. Л.: Химия. 1973. 304с.
63. Латимер В.М. Окислительные состояния элементов и их потенциалы в водных растворах. М.: Изд-во иностранной литературы. 1954. 230с.
64. Макаров Е.С., Иванов В.И. Кристаллическая структура метаотенита Ca(U02)2(P04)2-6H20. // Докл. Акад. Наук СССР. 1960. Т. 132. №3. С. 673-676.
65. Макаров Е.С., Табелко К.И. Кристаллическая структура метаторбернита. // Докл. Акад. Наук СССР. 1960. Т. 131. № 1. С. 87-89.
66. Макатун В.Н. Щегров J1.H. Состояние воды в неорганических кристаллогидратах и особенности реакций их дегидратации. // Успехи химии, 1972. T.XLI. С. 1937-1959.
67. Минералогическая энциклопедия. /Под ред. Фрея К. Пер. с анг. Л.: Недра. 1985. 512с.
68. Мокеева В.И. Кристаллическая структура склодовскита. //Докл. АН СССР. 1959. Т. 124. №3. С.578.
69. Мокеева В.И. О кристаллической структуре казолита. //Кристаллография. 1964. Т.9. №5. С.738.
70. Мокеева В.И. О структуре склодовскита. //Кристаллография. 1964. Т.9. №2. С.277.
71. Морачевский Ю,В., Церковницкая И.А. Основы аналитической химии редких элементов. Л.: Изд-во Ленинградского университета. 1980. 208с.
72. Накамото К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. М.: Мир. 1991. 536с.
73. Наумов Г.Б., Рыженко Б.Н., Ходаковский ИЛ. Справочник термодинамических величин. М.: Атомиздат. 1971. 239с.
74. Основные черты геохимии урана. М. «Наука». 1963. 315с.
75. Парке Г.С., Хаффман Г. Свободные энергии органических соединений. М.ЮНТИ, 1936.214с.
76. Плюснина И.И. Инфракрасные спектры минералов. М.: Изд-во МГУ. 1977. 173с.
77. Плюснина И.И. Инфракрасные спектры силикатов. М.: Изд-во МГУ. 1967. 189с.
78. Реми Г. Курс неорганической химии. В 2-х томах. М.: Мир. 1972-1974.
79. Рыбкин Н.Г., Орлова М.П., Баранюк А.К. и др. // Измерит, техника. 1974. № 7. С.29.
80. Сауков А.А. Радиоактивные элементы земли. М.: Государственное изд-во лит-ры в области атомной науки и техники. 1961. 160с.
81. Сергачева И.В. Дис. канд.хим.наук. ННГУ. 2004. 107с.
82. Сережкин В.Н., Расщепкина Н.А., Сережкина Л.Б. // Радиохимия. Т.22. Вып. 1. 1980. С.49-52.
83. Серёжкина Л.Б. Правило 18 электронов, состав, строение и свойства комплексов уранила с кислородсодержащими лигандами. Дисс. . докт. хим. наук. Москва. ИОНХРАН. 1996.247с.
84. Сидоренко Г.А. Кристаллохимия минералов урана. М.: Атомиздат. 1978. 219с.
85. Сидоренко Г.А., Мотозо И.Х., Жильцова И.Г. К кристаллохимии силикатов уранила.//3аписки всесоюзного минералогического общества. 1975. Ч. CIV. Вып.5. С.559.
86. Сиенко М., Плейн Р., Хестер Р. Структурная неорганическая химия. М.: Мир. 1968.344с.
87. Скуратов С.М., Колесов В.П., Воробьёв А.Ф. Термохимия. М.: Изд. МГУ, 1966. 4.1. С.184-197.
88. Соболева М.В., Пудовкина И.А. Минералы урана. М.: Госгеолтехиздат. 1957. 408с.
89. Страхова Е.Ю. Дис. . канд.хим.наук. ННГУ. 2005. 106с.
90. Сулейманов Е.В. Дисс. . докт.хим.наук. ННГУ. 2003.383с.
91. Тали Р. Кристаллохимия синтетических аналогов минералов урана и молибдена. Автореф дисс. канд. хим. наук. М.: МГУ. 1991. 20с.
92. Термические константы веществ./ Под ред. В.П.Глушко. М.: Изд-во АН СССР. 1968-1981. ВыпЛ-Х.
93. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк. 1997. 527с.
94. Уран. Методы его определения. М.: Атомиздат. 1964. 504с.
95. Уэлс А. Структурная неорганическая химия. В 3-х частях. М.: Мир. 187, 1988.
96. Хлебников Г.И., Симанов Ю.П., Немкова О.Г., В книге: Исследования в области химии урана./ под ред. В.И.Спицина М.:Изд-во МГУ. 1961. С.292-301.
97. Филатов С.К. Высокотемпературная кристаллохимия. Теория, методы и результаты исследований. Л.: Недра. Ленингр. отделение. 1990. 288 с.
98. Флейшер М. Словарь минеральных видов. 1990. М: Мир. 206с.
99. Химия актиноидов: в 3-х т.: Пер. с англ./ Под ред. Дж. Каца, Г. Сиборга, Л. Морса.-М.: Мир, 1991.525с.
100. Черников А.А., Шашкин Д.П., Гаврилова И.Н. Натриевый болтвудит. //Докл. АН СССР. 1975. Т.221. №1. С.195.
101. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Гурьева Т.А. Термохимия соединений ряда Ani(HSiU06)3-nH20 (Аш- Y, Ln; п=0, 10) // Журнал физической химии. 2006. Т.80. №8. С.1381-1385.
102. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Гурьева Т.А., Сазонов А.А., Баранов Д.В. Синтез и исследование соединений состава TlHBIVU06-nH20 (BIV = Si, Ge). // Радиохимия. 2006. T.48. № 1. C.17-21.
103. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Гурьева Т.А., Чупров Л.А. Синтез и исследование ураносиликатов лантаноидов и иттрия. // Журнал неорганической химии. 2005. Т.50. № 8. С.1230-1239.
104. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Гурьева Т.А., Чупров Л.А. Физико-химическое исследование соединении системы Am(HSiU06)3 Н20 (Аш - Y, La - Lu). // Радиохимия. 2006. В печати.
105. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Сажина Ю.С. // Журнал неорганической химии. 2005. Т.50. № 4. С.565-568.
106. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Сергачева И.В. Исследование соединений ряда An(HSiU06)2-nH20 (Ап-Мп, Со, Ni, Си, Zn). // Журнал неорганической химии. 2005. Т.50. № 1. С.5-15.
107. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Сергачева И.В. Нипрук О.В., Гурьева Т.А. Синтез и исследование соединений состава La(HSiU06)3-nH20. // Журнал неорганической химии. 2004. Т.49. №11. С. 1765-1769.
108. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Сергачева И.В. Синтез и исследование соединений состава Cu(HBIVU06)2nH20 (Bv- Si, Ge). // Ж. неорганической химии. 2003. Т.48. №2. С.212-216.
109. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Страхова Е.Ю., Гурьева Т.А. Синтез и исследование соединений состава AnSiU06 ' nH20 (А11 Sr, Pb, Ва) // Журнал неорганической химии. 2004. Т.49. №11. С.1770-1775.
110. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Шейман М.С., Пономарев С.С., Гурьева Т.А. Термодинамика ураносиликата кальция // Радиохимия. 2006. Т.48. №3. С.217-219.
111. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Шейман М.С., Пономарев С.С., Гурьева Т.А. Термодинамика ураносиликата лантана. // Радиохимия. 2006. Т.48. №4. С.308-310
112. Черноруков Н.Г., Князев А.В., Шейман М.С., Пономарев С.С., Гурьева Т.А. Термодинамика ураносиликата лютеция. // Радиохимия. 2006. Т.48. №5. С.391-393.
113. Черноруков Н.Г., Кортиков В.Е. Синтез и исследование ураногерманатов щелочных металлов. //ЖНХ. 2002. Т.47. № 9.С. 1409-1417.
114. Черноруков Н.Г., Кортиков В.Е. Синтез и исследование ураносиликата магния. //ЖНХ. 2001. Т.46. № 12. С. 1949-1954.
115. Черноруков Н.Г., Кортиков В.Е. Синтез и свойства ураносиликатов ряда MHSiU06.-nH20 (M=NH4+, Li, Na, К, Rb, Cs). //ЖОХ. 2001. Т.71.вып.11.С.1761-1767.
116. Черноруков Н.Г., Сулейманов Е.В., Барч С.В., Алексеев Е.В. // Радиохимия. 2001. Т. 43. №3. С.209-215.
117. Черноруков Н.Г., Сулейманов Е.В., Барч С.В., Алексеев Е.В. // Радиохимия. 2001. Т. 43. № 1. С.9-15.
118. Черноруков Н.Г., Сулейманов Е.В., Князев А.В., Климов Е.Ю. // Радиохимия. 1999. Т. 41. Вып. 6. С.481-484.
119. Чернорукова А.С. Дис. . канд.хим.наук. ИНГУ. 2003. 126с.
120. Шашкин Д. П. // Докл. АН СССР. 1975. Т. 220. № 6. С. 1410-1413.
121. Шашкин Д. П. Кристаллическая структура франсвиллита. // ДАН СССР. 1975. Т. 220. №6. С. 1410-1413
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.