Вы растеряны? Утонули в море фактического материала по химии элементов? Хотите уметь предсказывать их свойства? Понять, каких реакций от них можно ожидать? Тогда этот курс для Вас. На основании периодического закона Д.И. Менделеева и современных представлениях о периодичности Вы научитесь: систематизировать материал; понимать сходство и отличие химических элементов в зависимости от их положения в Периодической системе; предсказывать химические свойства элементов и их соединений. Курс посвящен современному состоянию теории периодичности – развитию Периодического закона Д.И. Менделеева от открытия до наших дней. На многочисленных примерах раскрываются закономерности изменения свойств s, p, d, f-элементов и химических соединений, демонстрируется возможность прогнозирования важнейших характеристик веществ. Представлены современные направления развития неорганической химии в СПбГУ. Цель курса: привить обучающимся навыки анализа и предсказания свойств химических соединений с позиций Периодического закона Д.И. Менделеева. А именно, обучающиеся смогут предсказывать химические свойства элементов, состав и свойства химических соединений на основании положения элемента в Периодической системе.
6. Неорганическая химия растворов в СПбГУ
Loading...
En provenance du cours de Saint Petersburg State University
Неорганическая химия: Введение в химию элементов (Inorganic chemistry: Introduction to chemistry of the elements)
11 notes
Saint Petersburg State University
11 notes
Rencontrer les enseignants
Тимошкин Алексейдоцент, и.о. зав. каф. общей и неорганической химии
Институт Химии СПбГУ
Хрипун Василий ДмитриевичКандидат химических наук
кафедра общей и неорганической химии СПбГУ
Левин Олег Владиславовичканд. хим. наук, доцент
Кафедра электрохимии
Боярский Вадим Павловичд-р хим. наук, профессор
Кафедра физической органической химии
[МУЗЫКА] [МУЗЫКА]
Доброго времени суток, уважаемые слушатели.
Сегодня я бы хотел остановиться на современном
состоянии исследований в области химии растворов в
Санкт-Петербургском Государственном Университете.
Данная область химии
развивается в нашем Университете уже более полутора веков и
ведет свое начало с работ Дмитрия Ивановича Менделеева.
Вспомните тему его докторской диссертации – «Объемные
эффекты взаимодействия спирта с водой».
Как раз химия растворов.
Отличительной чертой подхода Дмитрия Ивановича Менделеева
был подход к растворам как к химическим системам,
рассмотрение процесса их образования как химического процесса.
Эти идеи и находят свое развитие в работах,
проводимых в настоящее время.
Можно сказать, что своеобразным ренессансом — возрождением
химии растворов — в тогда Ленинградском Университете стал 1946 год,
когда в нашу страну приехал выпускник Сорбонны Лука Стоянович Лилич.
Именно в его работах и работах его
учеников стал развиваться подход к растворам как к единым макромолекулам,
все компоненты которых взаимно влияют друг на друга.
В этом заключается принципиальное отличие реализуемого
подхода от подхода большинства других научных групп,
уделяющих основное внимание определению конкретных физических свойств растворов,
их математическому описанию,
моделированию, предсказанию этих свойств.
Говоря о состоянии исследований на данный момент,
можно достаточно условно выделить следующие основные направления
работы: это исследования строения растворов и анализ строения с
позиции Периодического закона Дмитрия Ивановича Менделеева; это
изучение взаимодействия ионов металлов в растворах с
биологически активными лигандами; и разработка теоретических
основ направленного жидкофазного синтеза неорганических веществ.
В рамках первого направления ведется
определение форм существования ионов металлов в растворах и изучаются,
раскрываются закономерности их генезиса.
Проводится характеризация надмолекулярных
структур в концентрированных растворах электролитов.
Продолжается развитие феноменологической теории строения водных растворов.
Показано, что состояние воды
в растворах солей металлов в полной мере может
рассматриваться как отражение Периодического закона.
На слайде представлены результаты весьма абстрактной хемометрической обработки
инфракрасных спектров воды в растворах перхлоратов ряда металлов,
и видно, что результаты обработки группируются в несколько кластеров,
к каждому из которых относятся результаты
для солей металлов одной группы периодической системы
или же одного семейства,
потому что некоторые металлы даже в рамках одной группы обладают
весьма отчетливыми особенностями, как, например, магний.
Изучение состава гидроксокомплексов ионов металла в растворе показало
отчетливую периодичность в изменении состава этих частиц
и позволило создать целую периодическую систему гидроксокомплексов.
Проводится определение состава координационного
полиэдра ионов металлов в растворах.
Показано существование отчетливых корреляций между составом координационного
полиэдра в растворе и соответствующей твердой фазе,
а также существенное влияние природы внешне светлого катиона,
в данном случае катиона щелочного металла, на состав координационного полиэдра.
На основании сопоставления
спектральных характеристик растворов и состава кристаллизующейся
из раствора твердой фазы показано,
что в точках эвтоник – в точках перехода твердой
фазы из одной формы в другую – происходит резкое
изменение состава доминирующих в растворе химических форм.
Притом, это изменение наблюдается даже в растворах весьма далеких от насыщения.
Разработан метод определения состава
сольватных сфер ионов металлов в системах с ацидокомплекс образований.
Показано, что экстремумы на диаграммах
сольватации (выделены зеленой линией) соответствуют
эвтоническим точкам на изотерме растворимости (выделена черной линией).
А средний состав координационной сферы иона металла в
растворе соответствует таковому для твердой фазы.
Притом, это соответствие опять же наблюдается не только в насыщенных
растворах, но уже и в растворах достаточно далеких от насыщения.
Что касается второго из указанных направлений,
связанного с вопросами бионеорганической химии, основные работы здесь
связаны с изучением взаимодействия ионов
биометаллов и их комплексов с фрагментами
нуклеиновых кислот: полиаденин — полиурациловым
фрагментом или же гуанин – квадруплексом ДНК.
Эти фрагменты представлены на слайде.
Большое внимание в настоящее время уделяется и разработке теоретических
основ направленного жидкофазного синтеза неорганических соединений.
Несомненным достоинством такого подхода к синтезу является высокая степень
гомогенности получаемых веществ, легкость регулирования их размера,
низкие энергетические затраты и экологическая безопасность.
Установление взаимосвязи между природой компонентов раствора,
типом кристаллизующейся из раствора твердой фазы и ее свойствами является
одной из важнейших проблем современного неорганического материаловедения.
Основное внимание в нашей научной группе уделяется на
данный момент решению первой проблеммы — поиску
взаимосвязи между химической природой компонентов раствора,
их состоянием в растворе и типом кристаллизующейся твердой фазы.
Анализ собственных и литературных данных позволяет говорить,
что в тройных системах может происходить кристаллизация одного из следующих
типов твердофазных соединений: исходных солей или кристаллосольватов,
двойных, комплексных солей различного типа,
или смешанных кристаллосольватов.
Анализ данных по энергии взаимодействия
ионов металла с молекулами воды в первой сольватной сфере,
энергия взаимодействия между первой и второй сольватной сферой,
а также анализ данных по времени жизни молекул воды и галогенид-ионов
в сольватной сфере иона металла позволил установить отчетливую
корреляцию между этими характеристиками и фактом
образования двойных солей в соответствующих тройных системах.
Необходимым условием является существование в растворе
термодинамически устойчивых и кинетически стабильных первых
сольватных оболочек иона металла при отсутствии сильного
взаимодействия между первой и второй сольватной оболочкой.
Конкретный тип двойной соли при этом определяется химической
природой иона металла.
указанные ранее.
Анализ состава координационных полиэдров ионов металла
позволил сделать вывод о различном характере процессов
образования комплексных солей в этих системах и,
как следствие этого, различные прочности связей металл-лиганд.
Логично было предположить, что ослабление прочности связи
должно приводить к повышению каталитических свойств галогенидов меди.
И, действительно, в случае солей,
образующихся по типу координации ионных пар Cs+/Cl−,
наблюдается наименьшая прочность связей,
характеризуемые валентными силовыми постоянными Cu/Cl,
и максимальная каталитическая активность в реакции превращения дитиалана в дитиан.
Можно заметить, что некоторые из полученных соединений по
каталитической активности не уступают традиционно используемому
катализатору — диацетату родия.
При исследовании тройных систем с конкурирующим
ацидокомплекс-образованием было показано,
что тип кристаллизующейся твердой фазы
определяется соотношением констант устойчивости ацидокомплексов.
Если различие в константах устойчивости превышает два порядка,
наблюдается формирование структур, содержащих дискретные
аквакатионы и примерные комплексные структуры.
А при меньшем различии в константах устойчивости происходит
образование гетероядерных ацидокомплексов.
В настоящее время в нашей научной группе активно исследуется
взаимодействие смешанных водно-органических растворителей.
Показано, что протяженность областей
кристаллизации различных сольватов определяется в значительной степени
мягкостью растворителя и мягкостью сольватируемой частицы.
Протяженность ветвей кристаллизации органических сольватов
растет с ростом мягкости обоих компонент.
Как следствие этого, по-разному будут протекать
и процессы синтеза неорганических материалов.
Так, в ходе лазерно-индуцированного восстановления
меди из таких растворов для органических
сольватов наблюдается формирование мелкодисперсных
структур с высокой каталитической активностью,
в то время как для областей доминирования гидратных форм
наблюдается образование монолитных осадков с высокой электропроводностью.
Таким образом, выбирая растворитель,
мы можем регулировать свойства получаемых медных структур.
Показано, что свойства иона металла,
являющиеся функцией его положения в периодической системе,
существенным образом влияют и на строение образующихся соединений.
Так, в случае достаточно жесткого иона никеля
наблюдается вхождение обоих
растворителей в первую координационную сферу иона, а хлорид-ионы
связаны с координированным ионом никеля молекул воды водородными связями.
При переходе к чисто органическому сольвату наблюдается координационное
диспропорционирование — ион никеля в составе этого
сольвата существует в двух различных окружениях.
Для более мягкого иона кадмия наблюдается иная картина:
в смешанном сольвате молекула воды играет в первую
очередь роль «мостика» между отдельными полимерными цепочками,
а при переходе к чисто органическому сольвату
наблюдается образование сложных полимерных структур.
Таким образом, мы уже можем говорить о понимании
влияния соответствия свойств иона металла и
растворителя на строение образующихся соединений.
Следующим шагом может стать использование этих
закономерностей для направленного синтеза различных структур,
то есть для углубления работ в области химического материаловедения.
Таким образом, как вы видите,
химия растворов по-прежнему остается весьма многогранной областью,
в которой любой желающий может найти свое место.
Успехов вам!
До свидания.
Explorer notre catalogue
Rejoignez-nous gratuitement et obtenez des recommendations, des mises à jour et des offres personnalisées.
Coursera propose un accès universel à la meilleure formation au monde,
en partenariat avec des universités et des organisations du plus haut niveau, pour proposer des cours en ligne.
© 2019 Coursera Inc. Tous droits réservés.
