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 4
2. КАРБОНАТЫ УРАНИЛА 6
2.1. Топологический анализ структурных комплексов карбонатов уранила 6
2.1.1. Островные карбонаты уранила 7
2.1.2. Слоистые карбонаты уранила 9
2.1.3. Уранил-карбонатные нанокластеры 14
2.2. Уранил-карбонатные минералы 24
2.3. Синтетические соединения 32
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 36
3.1. Методика проведения экспериментов 36
3.2. Изучение фазообразования в системе UO3- CaCO3- H20 37
3.3. Синтез и кристаллическая структура нового карбоната уранила,
Li0.3Ca0.3Sr[(UO2)(CO3)3](OH) 41
3.4. Синтез, структура и морфотропные преобразования в группе соединений
.V/|(UO2)(CIECOOEHII2O)„ (M = Na, K, Rb, Cs; n = 0-1.0) 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
📖 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% UO2), и существенный вклад в поиск решения этой проблемы может внести изучение химических и кристаллохимических свойств соединений урана.
Объектом данного исследования стали минералы и синтетические неорганические соединения, в состав которых входят атомы U6+и карбонат-ионы (CO3)2-.
Цель заключалась в изучении кристаллохимических характеристик минералов и синтетических соединений данной группы, а также в постановке синтезов для выявления подходящих условий для роста крупных (не менее 0.1 мм) монокристаллов для проведения дальнейших рентгенографических и спектроскопических исследований.
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 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.
✅ Заключение
В ходе проведения топологического анализа кристаллических структур карбонатов уранила с неорганическими катионами были получены навыки работы с кристаллографическими базами данных: ICSD (Inorganic Crystal Structure Database), Mindat и RUFF (база данных по минералам). 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 природные и синтетические уранил- карбонаты основаны на структурах островного или слоистого типа. 2 представителя данного класса имеют островную структуру с топологией типа UL2, 33 представителя - с топологией типа UL3, 1 - с топологией типа U3L6 [42]. 7 соединений обладают слоистой структурой, из которых 2 с TrSqPt-топологией слоев, 2 с TrSqPtHx- топологией, 2 с TrHx-топологией и 1 со слоями смешанной топологии. К структурам с уранил-карбонатным нанокластерам относится одно соединение. Стоит отметить, что в сводную таблицу внесено одно соединение, содержащее органические молекулы (C4N2Hi2)6 и (C4H4O5)6, по причине крайне интересной структурной архитектуры. Оно было отнесено к группе соединений с островной структурой, чью топологию можно описать как U11L2.
В рамках работы была проведена серия экспериментов, имитирующих процессы вторичного уранил-карбонатного минералообразования, с использованием химических реактивов, содержащих следующие ионы: (UO2) , Li , Na , K , Cs , NH4 , Sr+, (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.
В результате экспериментов было синтезировано четыре новых соединения - CS[(UO2)(CH3COO)3](H2O)O.5, Rb[(UO2)(CH3COO)3], K[(UO2)(CH3COO)3](H2O)O.25и Li0.3Ca0.3Sr[(UO2)(CO3)3](OH). Монокристаллы новых соединений были изучены методом монокристального рентгеноструктурного анализа и ИК-спектроскопии.
Показано, что основные структурные различия, приводящие к морфотропным переходам в группе соединений M[(UO2)(CH3COO)3](H2O)n (M = Na, K, Rb, Cs; n = 0-1.0)связаны с ионными радиусами щелочных катионов. Первое преобразование связано с замещением атомов Na атомом K, в результате чего симметрия понижается с кубической P213до тетрагональной I41/a(разница в ионных радиусах Na 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 Cs 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 курсовой работы послужили основой для публикации статьи в старейшем и одном из наиболее известных журналов в области кристаллографии Zeitschrift fur Kristallographie [33], а также ложатся в основу полнопрофильного кристаллохимического исследования уранил-карбонатных минералов и их синтетических аналогов, которое проводится в рамках реализации гранта Российского Научного Фонда (№ 18-17-00018) и будет продолжено в процессе дальнейшего обучения в магистратуре Института наук о Земле СПбГУ.