Влияние катионов металлов на температурный эффект процесса взаимодействия микрочастиц алюминия с водными растворами Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 541.128

М. Е. Колпаков, А. Ф. Дресвянников, К. М. Закиров,

Е. В. Петрова

ВЛИЯНИЕ КАТИОНОВ МЕТАЛЛОВ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭФФЕКТ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИКРОЧАСТИЦ АЛЮМИНИЯ С ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ

Ключевые слова: железо, кобальт, ванадий, хром, вольфрам, саморазогрев.

Исследовано влияние катионов металлов на динамику саморазогрева реакционной смеси в процессе взаимодействия микрочастиц алюминия с водными растворами.

Keywords: iron, cobalt, vanadium, chromium, tungsten, self-heating.

The influence of metal cations on the dynamics of the reaction mixture self-heating during the interaction of aluminum microparticles with aqueous solutions have been investigated.

Металлический алюминий является матрицей, которая используется для формирования различных гетероструктур [1]. Ранее показано, что высокодисперсный алюминий позволяет формировать в растворах соответствующих соединений интерметаллические композиции переменного состава, которые являются предшественниками композиционных и керамических материалов [2].

Установлено, что характер зависимости температуры суспензии в ходе редокс-процесса (рис.1) при введении добавок существенно не меняется и можно условно выделить три основных участка [3]: индукционный период (соответствующий дестабилизации оксидной пассивирующей пленки на алюминии), основной этап процесса, сопровождающийся саморазогревом суспензии, характеризуемый ионизацией алюминия и выделением второй фазы, и заключительный период достижения динамического равновесия процесса “выделение второй фазы - ионизация металлов”. Из рис.1 следует, что в результате саморазогрева реакционной смеси достигается температура кипения раствора.

Присутствие в реакционной смеси ионов Co(II) несколько снижает максимальную скорость роста температуры по сравнению с раствором, содержащим исключительно ионы железа (табл.1). Наличие ионов Cr(III) существенно (~в 6 раз) сокращает величину индукционного периода, увеличивает скорость роста температуры (~в 2 раза). Присутствие ионов V(IV) незначительно сокращает величину индукционного периода, существенно увеличивая при этом скорость роста температуры (~ в 2,5 раза), что в конечном итоге приводит к росту температуры реакционной смеси свыше 100°С. Присутствие ионов W(VI) увеличивает индукционный период и крутизну фронта роста температуры.

Таблица 1 - Характеристики процесса взаимодействия ионов металлов с

микрочастицами алюминия (т - индукционный период, vmax - максимальная скорость

роста темпе штуры, Tmax - максимум температурной кривой)

Система Раствор т, с vmax, С/с Tmax, °С

Fe 1M Fe(III) 55 0,48 100,0

Fe-Co 1M Fe(III)+0,1M Co(II) 55 0,29 100,0

Fe-Cr 1M Fe(III)+0,1M Cr(III) 9 0,90 100,0

Fe-V 1M Fe(III)+0,1M V(IV) 49 1,36 103,0

Fe-W 1M Fe (III)+0,1M W(VI) 98 0,99 99,1

Рис. 1 - Изменение температуры в ходе редокс-процесса в реакционной смеси, содержащей микрочастицы алюминия и ионы: 1 - 1М Рв(Ш); 2 - 1М Рв(Ш)+0,1М Со(11); 3 - 1М Рв(Ш)+0,1М Сг(Ш); 4 - 1М Ее(Ш)+0,1М V(IV); 5 - 1М Рв(Ш)+0,1М W(VI)

Таким образом, экспериментально установлено, что характер влияния катионов металлов на температурный эффект процесса взаимодействия микрочастиц алюминия с водными растворами неоднозначен. Наименьший индукционный период наблюдается при наличии в реакционной смеси ионов Сг(Ш), а максимальные скорость роста температуры и разогрев - в присутствии ионов У(!У). Как было установлено ранее, данные закономерности определяют тонкую структуру формирующихся фрактальных образований, которые определяют физико-химические и физико-механические свойства дисперсных прекурсоров и компактных образцов металлокерамики.

Экспериментальная часть

Термические измерения проводили непосредственно в реакционной среде с использованием минитермопары К-типа и вольтметра АМ-1118 (Акакош). Сигналы с вольтметра в цифровой форме обрабатывали на персональном компьютере.

Исследование выполнено в соответствии с условиями госконтракта №16.740.11.0643 в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Литература

1. Дресвянников, А.Ф. Физикохимия наноструктурированных алюминийсодержащих материалов /

A.Ф. Дресвянников, И.О. Григорьева, М.Е. Колпаков. - Казань: Изд-во «Фэн» АН РТ, 2007. - 358 с.

2. Колпаков, М.Е. Синтез интерметаллидов в системе Бе-Со-А1 / М.Е. Колпаков, А.Ф. Дресвянников,

B.Н. Доронин и др. // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т.14, №3. - С .11-13.

3. Колпаков, М.Е. Тепловой режим и термодинамика редокс-процесса Ре(Ш)^Ре(0) / М.Е. Колпаков, А.Ф. Дресвянников, О.А. Лапина и др. // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2006. - №1. - С.28-37.

© А. Ф. Дресвянников - д-р хим. наук, проф. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ, [email protected]; М. Е. Колпаков - канд. хим. наук, доц. той же кафедры, [email protected]; К. М. Закиров - студ. КНИТУ; Е.В. Петрова - канд. хим. наук, доц. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ.