Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
ℹ️Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УРАНЕ 5
2. КАРБОНАТЫ УРАНИЛА 7
2.1. Топологический анализ структурных комплексов карбонатов уранила 7
2.1.1. Островные карбонаты уранила 8
2.1.2. Слоистые карбонаты уранила 10
2.1.3. Уранил-карбонатные нанокластеры 16
2.2. Уранил-карбонатные минералы 26
2.3. Синтетические соединения 34
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 38
3.1. Методика проведения экспериментов 38
3.2. Изучение фазообразования в системе ЕО3 - СаСО3 - Н2О 39
3.3. Синтез и структурные особенности новых Li-содержащих карбонатов
уранила 43
3.3.1. SrLi[UО2(СОз)з](H2О)2 43
3.3.2. (’а3.3По.7)Ц’О2(СО3)3] 49
3.3.3. С83^3иО2(СО3)3С11.5(ОН)(Н2О)5 54
3.3.4. СsзLi(UО2)(СОз)з(H2О)6 56
3.3.5. Сs2Liз[(UО2)(СОз)з](СООСHз)(H2О)5 58
3.4. Синтез, структура и морфотропные преобразования в группе соединений
М[(иО2)(СИ3СОО)3](И2О)й(M= Na, K, Rb, С8; n= 0-1.0) 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 68
📖 Введение
Важность урановых соединений является следствием развития ядерной промышленности, включающей в себя не только производство энергии, но и производство ядерного оружия. Существенными являются не только способы использования урана, но и способы захоронения отходов ядерного производства. Его продукты могут быть опасны для здоровья людей и для экологии в целом.
До сих пор не было создано безопасных и сравнительно долговечных систем захоронения радиоактивных отходов (~96% ИО?), и существенный вклад в поиск решения этой проблемы может внести изучение химических и кристаллохимических свойств соединений урана. Исследование, в частности, соединений группы карбонатов уранила способствует развитию знаний о миграции вещества ядерных отходов.
Объектом данного исследования стали минералы и синтетические неорганические соединения, в состав которых входят атомы U6+и карбонат-ионы (СОз)2-.
Цель заключалась в изучении кристаллохимических характеристик новых, а также уже известных минералов и синтетических соединений карбонатов уранила.
Задачи:
1. Используя базы данных, найти информацию о кристаллических структурах известных карбонатов уранила;
2. Изучить топологию структурных комплексов, используя программы для визуализации кристаллических структур;
3. Классифицировать кристаллические структуры всех известных природных и
синтетических соединений на основании размерности уран-содержащего структурообразующего комплекса и составить сводную таблицу кристаллографических данных;
4. Поставить синтетические эксперименты по получению соединений в системе, содержащей уранил- и карбонат-ионы;
5. С помощью метода рентгеноструктурного анализа получить структуры соединений и изучить их кристаллохимические свойства;
6. Выполнить количественный химический анализ полученных соединений;
7. Рассчитать эмпирические формулы синтетических соединений;
8. Определить топологию полученных соединений.
Данная работа является продолжением выпускной научно-исследовательской работы, подготовленной в бакалавриате [1]. Дабы не разрывать логическую цепочку 3
между текущей работой и работой, проделанной на ступени бакалавриата, было решено объединить исследования в одну комплексную работу, которая будет включать как обширную теоретическую базу, собранную, по большей части, в предыдущей работе, так и весомые результаты экспериментальных исследований, полученные во время подготовки магистерской диссертации.
✅ Заключение
В ходе проведения топологического анализа кристаллических структур карбонатов уранила с неорганическими катионами были получены навыки работы с кристаллографическими базами данных: ICSD (Хпогдашс Сгуз1а1 Strudure ЭаХаЬазе), Мтба1 и RUFF. Для всех известных уранил-карбонатных соединений, соответствующих теме работы, были подобраны файлы, содержащие информацию о кристаллических структурах (CIF-файлы), которые были использованы для дальнейшего изучения топологий и структурных особенностей с помощью программы визуализации кристаллических структур VESTA. По результатам изучения топологий была составлена классификация на основании размерности уран-содержащего структурообразующего комплекса и принципов конденсации полиэдров. В результате кристаллохимического анализа была составлена сводная таблица кристаллографических данных для всех природных и синтетических неорганических карбонатов уранила. Было выявлено, что и синтетические уранил- карбонаты основаны на структурах островного или слоистого типа. Три представителя данного класса имеют островную структуру с топологией сс0-1:2-9, 40 представителей - с топологией сс0-1:3-2, одно - с топологией сс0-1:2-10, одно - с топологией сс0-11:2-1 [42]. Одиннадцать соединений обладают слоистой структурой, из которых два состоят из слоев с топологией P-U3O8 (индекс: 544234), одно - из слоев с рубоитовой топологией (индекс: 61524236), и так же одно соединение - из слоев с фосфуранилитовой топологией (индекс: 61524232). Слои двух соединений из рассматриваемой группы относятся к резерфординовой топологии (индекс: 6132-I), одного - к виденманнитовой топологии (индекс: 6132-II), и три соединения состоят из слоев смешанной топологии. К структурам с уранил-карбонатным нанокластерам относится одно соединение.
В рамках работы была проведена серия экспериментов, имитирующих процессы вторичного уранил-карбонатного минералообразования, с использованием химических реактивов, содержащих следующие ионы: (UO?)2+, Li+, NI', K+, Cs+, NH4+, Sr2+, (CO3)2-, (NO3)-. В результате был определен интервал значений pH (3.5-5.0), при котором образуются наиболее подходящие для дальнейших рентгеновских и спектроскопических исследований монокристаллы соединений уранила.
С учетом полученных данных впервые были синтезированы Li-содержащие карбонаты уранила - расшифрованы их кристаллические структуры. Полученные соединения исследовались методом монокристального рентгеноструктурного анализа, ИК- спектроскопии, рентгеноспектрального микрозондового анализа, часть из них исследовалась терморенгенографическим методом.
По результатам рентгеноструктурного анализа выявлено, что одна из пяти Li- содержащих фаз обладает каркасным типом структуры, и это первый карбонат уранила, со структурой такого типа. Другие четыре соединения имеют островной тип структуры с топологией сс0-1:3-2.
Помимо Li-содержащих карбонатов уранила было синтезировано соединение с формулой [иО2(СОз)з](Н2О) как продукт гидротермальной переработки каркасного соединения 8ЛфиО2(СОз)з](Н2О)2. Топологический анализ показал, что структура полученного уранил-карбоната относится к виденманнитовой топологии.
Помимо прочего, в результате экспериментов было синтезировано четыре ацетата уранила, среди которых для двух соединений (Сз[(ИО2)(СНзСОО)з](Н2О)0.5 и КЬ[(ИО2)(СНзСОО)з]) впервые получены структурные данные, а для одного (К[(ИО2)(СНЗСОО)З](Н2О)0.25) - уточнена структура. Монокристаллы соединений были изучены методом монокристального рентгеноструктурного анализа и ИК- спектроскопии. Структуры синтезированных соединений расшифрованы, а структурные данные соединений Сз[(ИО2)(СНзСОО)з](Н2О)0.5 и ЯЬ[(ИО2)(СНзСОО)з] внесены в базу данных ССЭС.
Соединения из группы М[(ИО2)(СНзСОО)з](Н2О)п (M = NH, K, Rb, Сз; n= 0-1.0) образуют морфотропный ряд. Показано, что основные структурные различия, приводящие к морфотропным переходам в группе синтезированных ацетатов уранила, связаны с ионными радиусами щелочных катионов. Первое преобразование связано с замещением атомов №а атомом K, в результате чего симметрия понижается с кубической P213до тетрагональной /4,/а (разница в ионных радиусах №а и K ~0.44 А). Замещение атомов K атомами Rb не приводит к существенным изменениям структуры, так как различие между ионными радиусами не столь значительно, как в предыдущем случае (~0.06 А). Замещение атомов Rb на атомы Сз так же приводит к структурным изменениям в виду более существенного различия между ионными радиусами (~0.17 А), в результате чего симметрия понижается до триклинной.
Результаты, полученные в рамках выполнения исследовательской работы послужили основой для публикации статьи в старейшем и одном из наиболее известных журналов в области кристаллографии Zeitsohrift fur Кпз1а11одгарЫе [41]. Также, был подготовлен первый обзор кристаллохимических характеристик всех известных минералов и синтетических соединений карбонатов уранила, включающий, также, топологический анализ всех рассмотренных в обзоре соединений. Статья была опубликована в научном журнале из области кристаллографии Сгуз1а1з [30].
Таким образом, магистерская диссертация стала комплексным исследованием кристаллохимии минералов и синтетических соединений карбонатов уранила, продолжающим исследовательскую работу, результаты которой представлены в выпускной работе бакалавриата [1].