Регулярные мультимолекулярные структуры (пленки Лэнгмюра-Блоджетт), содержащие ионы железа, меди, алюминия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.11, кандидат химических наук Рожкова, Елизавета Андреевна

• Рожкова, Елизавета Андреевна
• кандидат химических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат химических наук Рожкова, Елизавета Андреевна

1. Введение

2. Обзор литературы

3. Экспериментальная часть

3.1. Подготовка реактивов

3.2.Общие методики эксперимента

3.3.Получение мультимолекулярных структур

3.4.Методы измерения магнитной восприимчивости

3.5.Калориметрическое титрование

4. Результаты и обсуждение

4.1.Свойства монослоев Н81 нанесенных на субфазы содержащие ионы меди, алюминия, железа

4.2.Масс - спектометрический анализ ПЛБ содержащих железо 96 4.3.Определение доли перехода стеариновой кислоты в стеарат железа (II). Калориметрические исследования

4.4.Магнетохимические исследования

5. Выводы

Заключение диссертации по теме «Коллоидная химия и физико-химическая механика», Рожкова, Елизавета Андреевна

ВЫВОДЫ

1. С целью выбора оптимальных условий получения наноструктур (плёнок Лен-гмюра-Блоджетт), обладающих ферромагнитными свойствами, исследованы состав и поверхностные свойства монослоев стеариновой кислоты на водных растворах, содержащих ионы железа, меди, алюминия, в широком диапазоне рН субфазы.

2. На основе полученных данных рассчитана поверхностная упругость. Изменение поверхностной упругости и площади, приходящейся на одну молекулу в монослое, хорошо согласуется с изменением состава монослоев.

3. Предложены варианты химических реакций монослоя стеариновой кислоты с металл-иономи водной субфазы, соответствующие различным областям рН.

4. Для монослоев стеариновой кислоты на субфазе, содержащей ионы железа определены условия максимального перехода кислоты в соль и получены лен-гмюровские пленки на твердой подложке для масспектрометрических, калориметрических и магнитохимических исследований.

5. С помощью масс-спектрометрического исследования пленок Лэнгмюра-Блоджетт, содержащих ионы железа, доказано, что при взаимодействии монослоев стеариновой кислоты с ионами Ре3+ из водной субфазы образуются только дистеараты и моностеараты железа.

6. Проведено калориметрическое исследование взаимодействия инов Ре2+ со стеариновой кислотой с образованием дистеарата железа (II) и построен термохимический цикл для данной реакции. Рассчитана энтальпия этого процесса, которая составила - 215 кДж/моль.

7. На основе полученных данных по удельной магнитной восприимчивости образцов стеаратов железа, полученных различными способами, показано, что для о I образцов, содержащих ионы Ре основным является ферромагнитное взаимодействие, величина которого зависит от взаимодействия ионов железа внутри о I монослоя. Для образцов, содержащих ионы Ре , основным является антиферромагнитное взаимодействие. Увеличение степени регулярности структуры уменьшает значения эффективного магнитного момента, что вызвано усилением взаимодействия атомов железа внутри молекулярной структуры.

Ill

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Рожкова, Елизавета Андреевна, 2011 год

1. М.В. Ковальчук, В.В. Клечковская, JI.A. Фейгин. Молекулярный конструктор Ленгмюра-Блоджетт Природа , №12, 2003 г.

2. Блинов JI.M. Лэнгмюровские пленки // Успехи физ. наук , 1988, Т. 155, вып. 3, с. 443.

3. Гиновкер А.С., Репинский С.М.Янклович А.И. Получение мульти-молекулярных слоев и исследование их с помощью МДП-систем // Поверхность. 1984,№2.С.116

4. А.И. Янклович, Регулярные мультимолекулярные структуры ПАВ -пленки Лэнгмюра Блоджетт, Успехи коллоидной химии, Ленинград, Химия, С. 262- 291,1991

5. В.В. Арсланов, Т.В. Зотова, И.А. Гагина, Монослои и пленки Лэн-гмюра-Блоджетт стеарата иттрия//Коллоидный журнал, Т.59, №5, стр.603, 1997

6. Blodgett К.В. Films built by depositing successive monomolecular layers on a solid surface J. Amer. Chem. Soc., 1935, vol. 57, p. 1007 - 1022.

7. Langmuir J/ Overturning and anchoring of monolayers. Science. 1938, vol. 87, p. 493-500/

8. Bikerman J. J. On the formation and structure of Multilayers. — Proc Roy. Soc. Ser. A, 1939. vol. 170, p. 130—142.

9. J.J. Bikerman. Contact Angles of Multilayers // Trans.Faradey Soc., 1940, 412

10. J. L. Gallani, J. Le Moigne, L. Oswald, and P. Turek, Langmuir №17 стр.1104-1109, 2001

11. R.C. Ehlert, Overturning of monolayers //J.Colloid Sci., 20, 387-390, 1965

12. G.L. Clare, P.W. Leppla, X-Ray Diffraction Studies of Built Up Films// J. Am. Chem. Soc., 58, 2199, 1936

13. M. Dupeyrat, C. Vogel, F. Wuillenmier, C.R. du Congress de la deter-gence, Barcelona, 455, 1969

14. E.F. Porter, J. Wyman, Eliot F. CONTACT POTENTIALS OF MULTILAYER FILMS ON METAL PLATES // J. Am. Chem. Soc., 59, 2746, 1937 and Contact Potentials of Stearate Films on Metal Surfaces J. Am. Chem. Soc.,60,1083-1094, 1938

15. W.I. Petzny, J.A. Quinn. Calibrated membranes with Coated Pore Walls // Science, 166, 751, 1969

16. D. Beischer, Radioaktive Monolayers, J. Phys. Chem., 57, 134, 1953

17. L. Holt, Nature, 214, 5093, 1105, 1967

18. J. Stephens. Mechanisms of Formation of Multilayers by the Langmuir-Blodgett Technique // J. Colloid and Interface Sci., 38, 557-566,1972.

19. Dervichian D.G. Changes of phase transformations of higher order in monolayers. J.Chem. Phys.,1939,V.7, №10, P.931-948

20. B.L. Henke, Adv. In X-ray Anal., 7, 460,1964

21. Charles M. W. Optimization of multilayer soap crystals for ultrasoft X-ray diffraction. — J. Appl. Phys., 1971. vol. 42, p. 3329—3356

22. Е.Р. Honig Molecular Constraction of X-and Y-Type Langmuir-Blodgett Films // J.Colloid and Interface Sci., 43, 66-72, 1973.

23. Суходолов Н.Г., Левашова Л.Ю., Павлов С.Ю., Янклович А.И. Исследование электроповерхностных свойств ленгмюровских пленок стеариновой кислоты и её солей в растворах электролитов // Биологические мембраны. 1990. Т. 7 №12 С. 1323

24. L. Wilhelmy, Ann. Physik., 119, 117, 1863

25. А.А. Трапезников, ActaPhys. Chim., URSS, 19, 553, 1944

26. A.A. Трапезников, ЖФХ, 19, 228, 1945

27. Langmuir, «The constitution and fundamental properties of solids and liquids» II Liquids // J. Am. Chem. Soc., 39, 1848-1906, 1917

28. C.E. Бреслер, П.Ф. Похил, ЖФХ, 14, 810, 1940

29. А.Б. Таубман (ред) «Мономолекулярные слои», сб. статей, пер. с англ., ИЛ, М., 1956

30. J. Guastalla, Compt. Rend., 208, 973, 193931 .J. Tomas, I. Schulman, Trans. Faraday Soc., 16, 158, 1954

31. E.D. Goddard, I. A. Ackilli, Monolayer properties of fatty acids // J. Coll. Sci., 18, №6, 585, 1963

32. T. Sasaki, R. Matuura Bull. Chem. Soc. Japan. 24, 274, 1951

33. Букреева T.B., Арсланов B.B., Гагина И.А.,и др.Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения.2001, № 4

34. Zotova Т.V., Arslanov V.V., Gagina I.A. Thin Solid Films, 1998, v.326, No 1/2, p.223.

35. Langmuir, V. Schaefer, Composition of Fatty Acid Films on Water Containing Calcium or Barium Salts // J. Am. Chem. Soc., 58, 284-287, 1936

36. E. Havinga. Properties and reactions of molecules at Interfaces // Rec. Tray. Chem., 71, 72, 1952

37. T. Sasaki, M. Muramatsu, Bull. Chem. Soc. Jap., 29, 35, 1956

38. H. Sobotka, M. Demeny, J.D. Chanley, Radioactive Tracer Studies of Monolayers //J. Colloid Sci., 13,№6, 565, 1958

39. J.A. Spink, J.V. Sanders Soup Formation in Monomolecular Films on Aqueous Solutions//Trans. Faraday Soc., 51, 1154, 1955

40. T. Smith, R. Serrins, Monolayers on water : II. Eruric acid reaction with copper ions // J. Colloid and Interface Sci., 23, 329, 1967

41. F.G.W. Stikland. A Study of Reactions Between Cupric or Ferric Sulphate Solutions and a Stearic Acid Monolayer //J. Colloid and Interface Sci. V 40, № 2, p. 142, 1972 ;ibid. V.42, 96, 1973.

42. J.W. Ellis, J.L. Pauley. The Infrared Determination of the Composition of Stearic Acid Multilayers Deposited from Salt Substrata of Varying pH // J. Colloid Sci., 19, 755, 1964

43. Bagg J. Abramson M. В., Fichman M. e. a. Composition of stearic acid monolayers from calcium-containing substrates. — J. Amer. Chem. Soc., 1964, vol. 86, p. 2759—2769

44. J. Bagg, M.D. Haber, H.P. Gregor. Composition of Stearic and Behenic Acid Monolayers from Sodium-containing Substrates // J. Colloid and Interface Sci., 22, 138, 1966

45. R. Matuura, Bull. Chem. Soc. Jap., 24, 278, 1951

46. G. Wolstenholm, J. Schulman. Metal-Monolayer Interactions in Aqueous Systems // Trans. Faraday Soc., 46,475, 1950

47. С.И.Голоудина. Конденсированные монослои ПАВ на поверхности раздела жидкость/газ и использование их при получении анализаторов рентгеновского излучения, канд.дисс. 1986, JL, ЛТИ им. Ленсовета, 170с.

48. H.L. Rosano, А.Р. Christodoulou, М.Е. Feinstein, J. Colloid and Interface Sci., 29, 335, 1969

49. J. Schulman, M.Z. Dogan. Tanning of Fatty acid, aminoacid and protein Monolayers by metal ions // Discussion Faraday Soc., 16, 158, 1954

50. J. Tomas, J. Schulman. The effect of Uranyl nitrate on Miristic Acid monolayers // Trans. Faraday Soc. 50, 1128; 1139, 1954

51. J. A. Spink, J.V. Sanders Soup Formation in Monomolecular Films on Aqueous Solutions//Trans. Faraday Soc., 51, 1154, 1955

52. H.H. Brum, Thesis, «Surface Balance Studies of Rosin Acid Monolayers», Abo Akademi, 1954

53. H. Bruun, S. Friberg, Tappi, 51, 482, 1968

54. H. Адам, «Физика и химия поверхностей», пер. с англ., М -Л, ОГИЗ, 1947

55. В. Carell, A. Olin, Acta Chem. Scand., 15, 727, 1961

56. W.D. Harkins, The Physical Chemistry of Surface films, N.Y. Reinhold Publ., 1952

57. Чернобережский Ю.М.,Янклович А.И.и др.//Вестник ЛГ,1972,№4,с.112

58. A. Muller, Proc. Roy. Soc., A114, 542, 1927

59. H. Адам, «Физика и химия поверхностей», пер. с англ., М -Л, ОГИЗ, 1947

60. Langmuir, Oil Lenses on Water and the Nature of Monomolecular Expanded Films // J. Chem. Phys., 1, 756, 1933

61. C.G. Lyons, E.K. Rideal, Proc. Roy. Soc., A124, 323, 1929

62. W. D. Harkins, E. Boyd, States of Monolayers on an Aqueous Subphase // J. Chem Phys. 1940, v. 8, №1, p. 129-131.

63. W. D. Harkins, E. Boyd, J. Chem Phys. 1941, v. 45, №1, p. 20-43.

64. A. E. Alexander. Trans. Faraday Soc., 1941, v. 37, №8, p. 426.

65. C. Mingotaud, C. Lafuente, J. Amiell, and P. Delhaes // Journal of American Chemical Society №13 1998

66. J. L. Gallani, J. Le Moigne, L. Oswald, and P. Turek, Langmuir №17 стр.1104-1109, 2001

67. J.B. Peng, G.T. Barnes, I.R. Gentle, Advances in Colloid and Interface Science 91 163-219 2001

68. Stenhagen E. Phase transition in condenced monolaers of normal chaincarboxylic acids. Nature. 1945,V. 156, № 3956, P.239-240

69. K.Motomura, R.Matuura, Physicochemical Studies of Stearic Acid Mono-layer-Aluminum Ion Interaction. I. The Surface Pressure Bull. Chem. Soc. Jap. 1962, V.35 ,№2, P.285

70. Янклович А.И.,Чернобережский Ю.М.//ВестникЛГУ,1981,№4,с.71

71. Хэвинга Э./I Мономолекулярные слои : Сб.М.;ИЛ, 1956, С.248.

72. В.А. Назаренко, В.Н. Антонович, Е.М. Невская «Гидролиз ионов металлов в разбавленных растворах» // Москва, АТОМИЗ-ДАТ 1979г.

73. Hayden P.L., Rubin A .J. Systematic investigation of the hydrolysis and precipitation of aluminum (III) //in "Aqueous- Envir.Chen.Metalls",1974, 317-381

74. M.L.Kurnaz, D.K.Schwartz. Morphology of Microphase separation in Arachidic Acid/Cadmium Arachidate Langmuir-Blodgett Multilayers // J.Phys. Chem. 1996,100 ,11113 11119

75. G.Biedermann // Svensk.Kem.Tidskz.,1964,76, 362

76. E. Matijevic, K. G. Mathai, R. H. Ottewill, M. Kerker «Detections of metal ion hydrolysis by coagulation III Aluminum»

77. Frink C.R., Peech M. Hydrolysis of the Aluminum Ion in Dilute Aqueous Solutions//Inorg.Chem. 1963,2,№3

78. A.M. Tishin, Y.A. Koksharov, J. Bohr, and G.B. Khomutov, Evidence for magnetic ordering in ultra-thin gadolinium Langmuir-Blodgett film.// Phys. Rev. B, 1997, v. 55, N. 17, pp. 11064- 11067

79. M. N. Antipin, I. V. Bykov, R. V. and G. B. Khomutov Structural control of Langmuir-Blodgett films containing metal cations by ligands exchange // Materials Science and Engineering: С .V.22, Issue 2, 1 December 2002, Pages 171-176

80. G.B Khomutov, M.N Antipina, I.V Bykov, K.A Dembo, «Structural studies of Langmuir-Blodgett films containing rare-earth metal cations» // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2002.V. 198-200, P.261-274

81. Букреева T.B., Арсланов B.B., Гагина И.А., Чернова-Хараева И.А. «Использование метода Лэнгмюра-Блоджетт для получения ультро-тонких пленок смешанных оксидов металлов».

82. Zhang Yunhong , Xie Zhaoxiong , Hua Bingzeng ,a.o. Ag clusters elec-trochemically reduced in stearic acid Langmuir-Blodgett films and their structuralcharacterizations, Science in China (Series B) 1997, VOI. 40 N.4

83. Dongyan Tang & Ji Li. Surface Review and Letters , Preparation Of Nickel Ultrathin Film By The Langmuir-Blodgett World Scientific Publishing Co. 2009, vol. 16(05), pp. 663-668.

84. А.И.Янклович, Ю.М.Чернобережский . перенос монослоев на твердую поверхность и образование регулярных мультиструктур.Ш Механизм образования мультислойной структуры. // Вестник ЛГУ, 1980, №16.С.84- 90

85. Mizino М., Mori С., е.а.// JapanJ.Appl.Phys. 1983.V22,№5.P.808

86. Dupeyrat M., Vogel С., Wuilleumier F. Contribution a petude des couches de Langmuir — Blodgett.— In: C. R. du Congres de la deterrence. Barcelone. 1969, p. 455—465.

87. Honig E. P., Hengst J. H. Th., Engelscn D. den. Langmuir — Blodgett deposition ratios.— ,J. Colloid Interface Sci., 1973, vol. 43, p. 92—102.

88. Fink C., Hassmann J., Inner В., Saemann-Ischenko Langmuir-Blodgett films of trivalent rare earth arachidates—preparation and characterization // G. II Thin Solid Films. 1995. V. 263. № 2. P. 213-220.

89. Amm D.T., Johnson D.J.,Laursen Т., Gupta S.K. // Appl. Phys. Lett. 1992. V. 61. № 5. P. 522.

90. Ganguly P., Paranjape D.V., Sastry M. et al. Deposition of Yttrium Ions in Langmuir-Blodgett Films Using Arachidic Acid // Langmuir. 1993. V. 9. № 2. P. 487.

91. Shurr M., Brandl D., Tomaschko Ch. et al. II Thin Solid Films. 1995. V. 261. №1/2. P. 271.

92. Lin В., Bohanon T.M., Shih M.C., Dutta P. Xray Diffraction Studies ofrs , Л ,the Effects Ca and Cu on Langmuir Monolayers of Heneicosanoic Acid// II Langmuir. 1990. V. 6, №11. P. 16651667.

93. Johnson D.J., Amm D.T., Laursen Т., Gupta S.K. Langmuir-Blodgett deposition of yttrium arachidate //Thin Solid Films. 1993. V. 232. № 1. P. 245-251.

94. Johnson D.J., Amm D.T. II Langmuir. 1994. V. 10. № 5. P. 1632.