[ Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образование учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный университет»
Геологический факультет
ПРОГРАММА КУРСА
Методы синтеза неорганических соединений
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 25.00.05 – «Минералогия, кристаллография»
(кафедра кристаллографии) очная форма обучения Утверждено на заседании Ученого Совета геологического факультета СПбГУ протокол № ………… Санкт-Петербург 2011 год Часть I. Введение.
Возникновение и развитие промышленности синтетических кристаллических материалов в России и мире. Области применения синтетических минералов.
Основные направления исследований в современном неорганическом синтезе:
управление химическим процессом, поиск путей получения и идентификации новых неорганических соединений; создание новых методов получения известных соединений. Проблема существования соединений и проблема методов синтеза новых кристаллических неорганических соединений.
Часть II. Синтез неорганических соединений в растворе.
Раздел 1. Растворение твердых веществ. Зависимость растворимости от природы растворяемого вещества и растворителя. Процессы, осложняющие растворение. Изотермы растворимости.
Раздел 2. Общая характеристика осаждения твердой фазы из раствора.
Современные представления о закономерностях образования твердой фазы.в растворах. Особенности зародышеобразования в гомогенных и гетерогенных системах. Влияние условий осаждения (степени пересыщения, вязкости среды, интенсивности перемешивания, температуры, адсорбции ионов на поверхности и др.) на образование и рост частиц твердой фазы. Кинетика образования и роста частиц твердой фазы в растворе. Особенности образования и превращения метастабильных фаз, различных структурных модификаций в зависимости от химической природы реагентов, поомегкуточных продуктов. Топохимические превращения в растворах. Псевдоморфозы.
Раздел 3. Особенности синтеза коллоидных систем. Использование зольгель процесса для получения неорганических сорбентов, катализаторов, синтетических цеолитов, пористой керамики, пленок, вяжущих, волокон и др.; его преимущества по сравнению с порошковым методом синтеза.
Раздел 4. Реакции присоединения и разложения. Образование "двойных солей" и других соединений с общей кристаллической решеткой (квасцов, шенитов, шпинелей). Образование комплексных соединений (гидратов, аква-, аммин-, гидроксо-, оксо-, пероксокомплексов, фторо- и других галогенокомплексов). Использование фазовых диаграмм для подбора условий синтеза двойных (тройных) соединений определенного состава из раствора при совместной кристаллизации солей.
Раздел 5. Реакции обмена. Особенности реакций образования в водном растворе легкорастворимых веществ. Получение трудно растворимых веществ.
Особенности реакций обмена с образованием трудно растворимых соединений в неводной среде. Получение тонких слоев различных соединений методом ионного наслаивания.
Раздел 6. Реакции окисления и восстановления. Реакции прямого синтеза бинарных соединений из простых веществ. Получение интерметаллических соединений, амальгам, галогенидов, сульфидов, селенидов, фосфидов, арсенидов, соединений щелочных и щелочноземельных металлов.
Раздел 7. Загрязнение продуктов синтеза в растворе примесями и условия, обеспечивающие их чистоту. Роль гидролиза. Явление изоморфизма и особенности его проявления при соосаждении веществ из растворов. Условия образования смешанных кристаллов, твердых растворов. Регулирование соосаждения: состав твердых растворов, однородность отдельных кристаллов по составу.
Часть III. Синтез неорганических соединений с участием газов.
Раздел 1. Реакции газ–твердое вещество. Общая характеристика реакций.
Транспортные реакции. Реакции с газами, содержащими кислород и применяющимися как окислители. Реакции с галогенами и их газообразными соединениями. Получение безводных галогенидов из оксидов, сульфидов, других галогенидов; сульфидов, нитридов, карбидов.
Раздел 2. Реакции газ–жидкость Общая характеристика реакций.
Раздел 3. Реакции газ–газ. Общая характеристика реакций.
Часть IV. Синтез неорганических соединений в твердой фазе.
Раздел 1. Реакции термического разложения твердых веществ. Общая характеристика реакций. Получение сложных оксидов из прекурсоров:
соосажденных гидроксидов, оксалатов и других солей.
Раздел 2. Реакции твердое–твердое вещество. Общая характеристика реакций. Роль диффузии в топохимических реакциях. Основные факторы, влияющие на скорость топохимических реакций: температура, структура и дефектность кристаллов, гомогенность реакционной смеси, степень дисперсности реагентов, скорость подвода реагентов к зоне реакции и отвода продуктов.
Проблема разделения продуктов в твердой смеси (смесь нескольких фаз, образование твердых растворов, стекол и. др.). Получение шпинелей из оксидов.
Методические основы синтеза шихты для выращивания кристаллов высокотемпературный синтез в твердой фазе.
Часть V. Синтез неорганических соединений в расплаве.
Расплав в качестве растворителя. Особенности кристаллизации из расплава.
Применение фазовых диаграмм для определения условий синтеза немолекулярных кристаллических соединений – бинарных (оксидов, халькогенидов и др.) и тройных (оксидных бронз и др.) – с определенной величиной отклонения от стехиометрии.
Особенности синтеза безводных фосфатов различного состава и строения аниона в растворах-расплавах фосфорных кислот. Термитные реакции. Получение монокристаллов методами Бриджмена, Чохральского.
Часть VI. Синтез неорганических соединений при высоком давлении Раздел 1. Реакции при высоком давлении. Гидротермальные реакции. Их использование для выращивания монокристаллов, перекристаллизации.
Термодинамические основы прямого превращения графита в алмаз и кристаллизации алмаза из пересыщенного раствора углерода.
Раздел 2. Реакции в вакууме. Получение легкоразлагающихся соединений элементов в необычной степени окисления Список обязательной литературы 1. Якимов М.А., Основы неорганического синтеза. М.: Химия, 1978.
2. Позин М.Е. и др. Физико-химические основы неорганической технологии.
Л.: Химия, 1985.
3. Вассерман И.М., Химическое осаждение из растворов. Л.: Химия, 1980.
4. Степин Б.В. и др. Методы получения особо чистых неорганических веществ. Л.: Химия, 1989.
6. Мартыненко Л.И. и др. Избранные главы неорганической химии. Вып. I.
М.: Изд-во МГУ, 1986.
Список дополнительной литературы 1. Козлова О.Г., Рост и морфология кристаллов. М.: МГУ, 1990;
2. Девятых Г.Г. и др. Введение в теорию глубокой очистки веществ. М., 1991;
3. Смирнов В.М., Химия наноструктур. Синтез, строение, свойства. СПб, 1996;
4. Путилин Ю.М., Белякова Ю.А., Голенко В.П. и др. Синтез минералов. В 2-х томах. М.: Недра, 1987;
5. Балицкий В. С., Лисицина Е. Е. Синтетические аналоги и имитации природных драгоценных камней. — М.: Недра, 1981;
6. Feng S., Xu R., New Materials in Hydrothermal Synthesis // Acc. Chem. Res.
2001. V. 34. P. 231– 7. Пополитов В.В. и др. Выращивание монокристаллов в гидротермальных условиях. М.: Наука, 1986.
«