CC BY
10
УДК 544.7
Щепкина М.М., Клёнова А. О., Белова И.А., Макулова В.С., Курьяков В.Н. КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГИДРОЗОЛЕЙ
КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ САМАРИЯ И ЭРБИЯ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ РАЗНЫХ ПРЕКУРСОРОВ
Щепкина Мария Михайловна, обучающаяся факультета естественных наук Клёнова Анастасия Олеговна, обучающаяся факультета естественных наук;
Белова Ирина Александровна, к.х.н., доцент кафедры коллоидной химии, e-mail: [email protected]; Макулова Виктория Сергеевна, обучающаяся магистратуры кафедры технологии химико-фармацевтических и косметических средств;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Россия, Миусская пл., д. 9
Курьяков Владимир Николаевич, научный сотрудник института проблем нефти и газа РАН; *Институт проблем нефти и газа РАН. 119333, Москва, Россия, ул. Губкина д.3
Методом прямой конденсации получены гидрозоли кислородсодержащих соединений эрбия и самарии из различных прекурсоров. В качестве прекурсоров были использованы нитраты и хлориды соответствующих элементов. Определены некоторые коллоидно-химические свойства полученных систем, такие как: концентрация дисперсной фазы, область агрегативной устойчивости и размеры частиц дисперсной фазы.
Ключевые слова: гидрозоли кислородсодержащих соединений эрбия и самария; наночастицы; агрегативная устойчивость.
COLLOID-CHEMICAL PROPERTIES OF OXIGEN-CONTAINING SAMARIUM AND ERBIUM COMPOUNDS HYDROSOLS, OBTAINED USING DIFFERENT PRECURSORS
Shchepkina M.M., Klyonova A.O., Belova I.A., Makulova V.S, Krnyakov V.N.*
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
*Oil and Gas Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Hydrosols of oxygen-containing erbium and samarium compounds, obtained using different precursors, were synthesized via direct condensation. Nitrates and chlorides of corresponding elements were used as precursors. Some colloid-chemical properties of obtained systems were determined, such as dispersed phase concentration, aggregative stability band, and dispersed phase particles size.
Keywords: oxygen-containing samarium and erbium compounds hydrosols; nanoparticles; aggregative stability.
В настоящее время опубликовано много работ, посвященных получению материалов на основе соединений эрбия и самария. Это связано с их уникальными характеристиками. Так, на особенностях оптических свойств эрбия основана работа лазеров, применяемых в медицине [1, 2], а соединения самария находят широкое применение в качестве защитных металлических покрытий [3, 4].
В данной работе были получены гидрозоли на основе соединений эрбия и самария, а также изучены некоторые их основные характеристики.
Золь кислородсодержащих (ксс) соединений эрбия и самария синтезировали методом химического осаждения, описанным в работе [5]. В ходе синтеза использовались следующие реактивы: нитраты эрбия и самария, хлориды эрбия и самария, а также водный раствор аммиака КЫ3. Все реактивы марки х.ч. .
Гидрозоли получали по следующей методике: к водным растворам нитратов и хлоридов соответствующих элементов приливали
рассчитанное количество водного раствора аммиака при постоянном перемешивании. Выпавший осадок промывался дистиллированной водой до
постоянного значения удельной электропроводности промывных вод и диспергировался под действием ультразвукового поля при частоте 25 кГц до образования опалесцирующего золя. Полученные таким методом системы сохраняли агрегативную устойчивость в течение 6 месяцев.
Одна из основных характеристик гидрозолей -концентрация дисперсной фазы, которую определяли с помощью фотометрического титрования по методике, указанной в работе [6]. В качестве титранта использовался водный раствор трилона Б в качестве индикатора - ксиленоловый оранжевый. К сожалению, на данном этапе работы не удалось определить фазовый состав частиц гидрозолей. В связи с этим, расчет концентраций проводился на оксиды эрбия и самария, так как наиболее востребованы кислородсодержащие соединения данных элементов.
В связи с тем что, определение концентрации дисперсной фазы в исследуемых системах проводили фотометрическим методом, то целесообразно было определить длину волны, при которой оптическая плотность имеет максимальное значение. Были получены зависимости оптической плотности от длины волны для исследуемых золей и
комплексов ионов соответствующих элементов с ксиленоловым оранжевым. Данный анализ для гидрозолей эрбия показал, что оптимальная длина волны для определения концентрации фотометрическим методом составляет 590 нм (рис. 1 кривая б). По аналогичным зависимостям, полученным для гидрозолей самария, можно заключить, что оптимальная длина волны составляет 540 нм.
Помимо концентрации дисперсной фазы были определены размеры частиц. Измерения проводили методом фотон - корреляционной спектроскопии. Измерения проводились с помощью анализатора размеров частиц и дзета-потенциала РЬо1осог СошраС:^ [7]. Следует отметить, что данный метод дает значения гидродинамического размера, то есть размера частицы со всеми поверхностными слоями. Результаты исследований представлены в таблицах 1 и 2 соответственно.
Кроме вышеперечисленных характеристик исследуемых систем, были определены значения рН свежеприготовленных гидрозолей. Измерения
величины рН проводилось с помощью прибора рН-meter HI фирмы «HANNA».
В таблицах 1 и 2 представлены полученные результаты проведенных исследований.
X, нм
Рис.1 Спектры комплекса (а) и золя КСС, полученного из хлорида эрбия (б)
Таблица 1. Некоторые свойства гидрозолей кислородсодержащих соединений эрбия
Прекурсор Концентрация, г/л Размеры, нм pH свежеприготовленного золя
ErCls 36,35 75 - 85 8,5
Er(NÜ3)3 47,83 90 - 100 8,3
Таблица 2. Некоторые свойства гидрозолей кислородсодержащих соединений самария
Прекурсор Концентрация, г/л Размеры, нм pH свежеприготовленного золя
SmCl3 14,6 88 - 92 8,9
Sm(NÜ3)3 13,0 97 - 100 7,8
Как видно из таблиц, размеры и значения рН свежеприготовленных гидрозолей отличаются в зависимости от используемого прекурсора. Так, размеры частиц получаются меньше у золей, полученных из хлоридов. Значения рН исходных золей (свежеприготовленных), полученных из хлоридов выше, чем значения рН у золей, полученных из нитратов.
В качестве параметра стабильности гидрозоля используется область значения рН дисперсионной среды, при которой величина оптической плотности остается постоянной. Измерения оптической плотности проводили с помощью
фотоэлектроколориметра КФК - 2МП (рис. 2 - 3). Изменения значений рН дисперсионной среды проводили введением разбавленных растворов азотной и соляной кислот и аммиака.
Как видно из рисунков 2 и 3, интервалы агрегативной устойчивости имеют различные положения и величину для гидрозолей,
синтезированных из нитратов и хлоридов соответствующих элементов.
0,8 -
л
а
I §
к 0,4-щ
X
у
У
т
g
О 0,2-
6 7 А Ч 10
рН
Рис.2. Область рН агрегативной устойчивости гидрозоля кислородсодержащих соединений эрбия, полученных из хлорида (а) и нитрата (б) эрбия.
Рис.3. Область рН агрегативной устойчивости гидрозоля кислородсодержащих соединений самария, полученных из нитрата (а) и хлорида (б) самария.
Области устойчивости для гидрозолей, полученных из хлоридов существенно сдвигаются в более щелочную среду, так для золя кислородсодержащих соединений эрбия значения рН соответствуют 7,5 - 8,6, а для золя кислородсодержащих соединений самария 8,0 - 10,5. Очевидно, это связано с адсорбцией ионов хлора на поверхности частиц дисперсной фазы. Падение величины оптической плотности при меньших значениях рН связано с растворением твердой фазы, а рост связан с укрупнением частиц и процессом коагуляции.
Таким образом, в результате проделанной работы можно заключить, что были получены агрегативно устойчивые гидрозоли кислородсодержащих соединений эрбия и самария. Для синтезированных золей были определены некоторые основные коллоидно-химические характеристики, а также
изучено влияние прекурсоров соли на характеристики исследуемых систем.
Список литературы
1. Шульган С.В. Применение эрбиевого (Бг:УЛО) лазера в стоматологической практике // Современная стоматология. 2006. №3. С. 41 - 42.
2. Мамедова Л.А. Кариес зубов и его осложнения. - Н. Новгород: НГМА, 2002. - С. 192.
3. Гартманова М., Кубел Ф., Буршикова В., Эргель М., Навратил В., Ломонова Е., Навратил К., Кундрацик Ф., Костич И. Влияние изменений состава на свойства и дефектную структуру кристаллического 2г02, допированного самарием // Электрохимия, 2007, том 43, №4, с. 402 - 411.
4. Гартманова М., Навратил В., Буршикова В., Кундрацик Ф., Мансилла К. Влияние кристаллографической структурына электрические и механические характеристики пленок Се02, допированных Sm203 // Электрохимия, 2011, том 47, № 5, с. 539.
5. Малова А.В., Гродский А.С., Белова И.А. Синтез и агрегативная устойчивость гидрозолей оксогидроксида европия // Коллоид. Журн. 2016. Т.78. №4. С.450-457.
6.Нипрук О.В., Кирьянов К.В., Пыхова Ю.П., Святкина С.В., Кулешова Н.В. Фотометрическое определение лантаноидов в насыщенных водных растворах труднорастворимых соединений составаLn(AsU06)3•nH20 (Ьп - Ьа, Се, Рг, Ш, Бш, Ей, Gd, ТЬ, Dy, Но, Ег, Тт, Yb, Lu) // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия химия. Нижний Новгород. 2008. Вып. 2. С. 54-61.
7. Ьйр:/^-л^.рЬо1;осог.га/(дата обращения 10.05.2018).
