Тема: Синтез и свойства синтетических аналогов минералов в системе CuO-V2O5-CuCl2
Закажите новую по вашим требованиям
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.
📋 Содержание
Введение 5-7
Основная часть 8-72
1 Литературный обзор 9-44
1.1 Особенности геохимии и кристаллохимии ванадия 9-12
1.1.1 Общие сведения и характеристики ванадия 9-10
1.1.2 Кристаллохимические особенности оксосолей пятивалентного ванадия 10-12
1.2 Описание природного минерала фольбортита Cu3V2O7(OH)2⋅2H2O 12-21
1.2.1 Кристаллохимические особенности кристаллической структуры фольбортита 12-15
1.2.2 Структура кагомэ и ее особенности 15-18
1.2.3 Магнитные свойства фольбортита, связанные со структурой кагомэ 18-21
1.3 Общие сведения о природных ванадатах меди эксгаляционного происхождения 21-23
1.4 Природные минералы оксованадат-хлориды меди 23-44
1.4.1 Ленинградит 24-28
1.4.2 Копарсит 28-32
1.4.3 Аверьевит 32-35
1.4.4 Ярошевскит 35-38
1.4.5 Докучаевит 38-41
1.4.6 Алеутит 41-44
2 Методика выполнения исследования 45-51
2.1 Синтез новых синтетических оксованадат-хлоридов меди методом газового транспорта в системе CuO-V2O5-CuCl2 45-46
2.2 Порошковая рентгеновская дифрактометрия 47-48
2.3 Монокристальный рентгеноструктурный анализ 48-49
2.4 Высокотемпературная порошковая рентгеновская дифракция 49-50
2.5 Термический анализ 50
2.6 Исследование магнитных свойств 50-51
3 Результаты 52-72
3.1 Кристаллическая структура синтетического аверьевита 52-57
3.2 Магнитные свойства синтетического аверьевита Cu2+5O2(VO4)2•2Cu+Cl 57-59
3.3 Кристаллическая структура синтетического аналога ярошевскита Cu9O2(VO4)4Cl2 59-64
3.4 Магнитные свойства синтетического ярошевскита Cu9O2(VO4)4Cl2 65-68
3.5 Термоанализ Cu9O2(VO4)4Cl2 68
3.6 Высокотемпературная рентгенография и тепловое расширение фольбортита из месторождения Тюя-Муюн 69-72
Заключение 73-74
5 Список литературы 75
📖 Введение
Практическое значение. В последние годы наиболее популярной и актуальной областью материаловедения является изучение поведения магнитных веществ при различных температурах. Исследования по данной тематике проводятся во многих лабораториях мира. В Российской Федерации исследованиям функциональных материалов, предполагаемых для использования в энергосберегающих технологиях, также традиционно уделяется большое внимание. Широкий интерес связан с особенностью поведения магнитного материала, обусловленной сменой порядка магнитных моментов атомов или ионов в зависимости от температуры. Например, при низких температурах результатом такого изменения материала на квантовом уровне становится состояние с частичным или полным разрушением магнитного упорядочения вследствие сильного влияния флуктуаций.
К названному типу материалов относятся фрустрированные магнетики – вещества, в которых при низких температурах магнитные спины не могут выстроиться упорядоченно ввиду геометрических причин. Так, для минимизации энергии все спины должны расположиться антипараллельно друг к другу, но одновременно для всех вершин тетраэдра (трехмерный случай) такого состояния достичь невозможно. Вследствие этого во фрустрированных магнетиках при низких температурах существуют неупорядоченности, которые могут перемещаться по материалу, и таким образом переносить, к примеру, тепло.
Описанными выше структурами обладают немногие природные минералы. И далеко не все из данных природных соединений хорошо изучены в виду различных обстоятельств, таких как невозможность проведения анализов, связанная с морфологией кристаллов, наличие большого содержания примесей, малое количество найденных образцов, или низкая способность к сохранности в течение длительного времени. Одними из таких новых, но мало изученных минералов являются немногочисленные природные соединения группы оксованадат-хлоридов меди, вещественный состав которых соответствует тройной системе CuO-V2O5-CuCl2. Все известные минералы рассматриваемой тройной системы впервые были обнаружены в продуктах эксгаляционной деятельности Второго шлакового конуса Большого трещинного Толбачинского извержения 1975-1976 гг.
Выпускная квалификационная бакалаврская работа посвящена созданию и изучению синтетических аналогов эксгаляционных минералов в тройной системе CuO-V2O5-CuCl2.
Цель и задачи
Цель работы:
• Создание синтетических аналогов природных минералов в тройной системе CuO-V2O5-CuCl2для изучения физических свойств, обусловленных особенностями кристаллических структур
Задачи:
Выполнить литературный обзор по некоторым природным соединениям ванадиевой минерализации и их магнитным свойствам
Рассчитать соотношения исходных соединений (CuO, V2O5, CuCl2)из формул природных оксованадат-хлоридов меди
Подготовить смеси реагентов в соответствии с подсчитанными отношениями масс
Произвести высокотемпературный синтез методом газотранспортных реакций
Детально изучить свойства полученных в ходе синтеза кристаллов
Выполнить рентгеноструктурный анализ фаз, полученных в ампулах, с помощью монокристального дифрактометраBrukerApexDUO
Изучить и интерпретировать в программе «Diamond» структуры, определенные в процессе рентгеноструктурного анализа
Выполнить количественный химический анализ исследуемых веществ
Рассчитать эмпирические формулы синтетических соединений
Получить качественные изображения синтезированных кристаллов
Выполнить измерения магнитной восприимчивости в зависимости от температуры для образцов изучаемых веществ
Выполнить рентгенофазовый анализ при различных температурах
Научная новизна. В ходе высокотемпературных синтезов методом газотранспортных реакций получены синтетические аналоги недавно открытых природных минералов аверьевита Cu5O2(VO4)2⋅n(Cu,Cs,Rb,K)Clxи ярошевскитаCu9O2(VO4)4Cl2. В отличие от природного соединения, синтетический аналог аверьевита Cu+25O2(VO4)2⋅2Cu+Clне содержит щелочных металлов, и в каналах пористого каркаса располагаются хлоридные комплексы с одновалентной медью. Ранее не зарегистрировано получение каких-либо синтетических аналогов ярошевскита другими исследователями. Выполнена детальная структурная характеристика синтетических аналогов. Произведен количественный химический анализ для образцов изучаемых соединений, который подтверждает чистоту полученных веществ, а также отсутствие примесей и неоднородностей. Осуществлен ряд исследований физических свойств образцов.
Благодарности. Работа выполнена на кафедре кристаллографии Института Наук о Земле Санкт-Петербургского Государственного Университета под руководством, доктора геолого-минералогических наук Сийдры Олега Иоханнесовича, которому автор приносит безмерную благодарность за постоянную помощь и участие на всех этапах исследования. Также выражается искренняя благодарность кандидату геолого-минералогических наук Назарчуку Евгению Васильевичу за помощь на разных стадиях исследования. Работа осуществлялась при финансовой поддержке гранта РНФ 16-17-10085. Рентгеновские исследования выполнены на оборудовании ресурсного центра СПбГУ «Рентгенодифракционные методы исследования».
✅ Заключение
Выполнен литературный обзор по известным представителям оксованадат-хлоридной минерализации
Осуществлен высокотемпературный синтез методом газотранспортных реакций в 30ампулах
Впервые получены синтетический аналог аверьевита без щелочных катионов и синтетический аналог ярошевскита
Выполнены рентгеноструктурные исследования и расшифрованы кристаллические структуры новых полученных соединений
Выполнены комплексные исследования магнитных свойств исследуемых синтетических аналогов аверьевита и ярошевскита
Произведен дифференциальный термический анализ для синтетического ярошевскита
Выполнено терморентгенографическое исследование фольбортита из месторождения Тюя-Муюн
Некоторые результаты исследовательской работы были представлены в материалах международных, всероссийских и региональных конференций с формой участия в виде устных докладов.
• Владимирова В.А., Сийдра О.И. Синтетический аналог аверьевита [Cu2+5O2](VO4)2•Cu+2Cl2 // Тезисы доклада IXНациональной кристаллохимической конференции, 2018. С. 118.
• Владимирова В.А., Сийдра О.И. Синтетические структурные аналоги минералов аверьевита [Cu2+5O2](VO4)2•n(Cu, Cs, Rb, K)Clx и ярошевскита Cu9O2(VO4)4Cl2// Тезисы доклада XVI Молодежной научно-практической конференции студенческого научного общества «Современные исследования в геологии», 2018. С. 48-51.
• Владимирова В.А., Сийдра О.И. Синтез и свойства структурных аналогов природных минералов аверьевит [Cu2+5O2](VO4)2•n(Cu, Cs, Rb, K)Clx и ярошевскит Cu9O2(VO4)4Cl2 // Тезисы XXIVВсероссийской молодежной научной конференции «Уральская минералогическая школа – 2018», 2018. С. 27-29.
• Владимирова В.А., Сийдра О.И. Синтезированный структурный аналог эксгаляционного минерала аверьевита [Cu2+5O2](VO4)2•n(Cu, Cs, Rb, K)Clx // Тезисы XXIXмолодежной научной школы- конференции памяти К.О. Кратца, 2018. С. 20-22.
• Владимирова В.А., Сийдра О.И. Синтез и свойства структурных аналогов минералов аверьевита [Cu2+5O2](VO4)2•n(Cu, Cs, Rb, K)Clx и ярошевскита Cu9O2(VO4)4Cl2 // Тезисы VIIIРоссийской молодежной научно-практической школы «Новое в познании процессов рудообразования», 2018. С. 92-94.
• Владимирова В.А., Сийдра О.И. Синтетические аналоги природных минералов аверьевита и ярошевскита, их синтез и свойства // Тезисы IXСибирской конференции молодых ученых по наукам о Земле, 2018. С. 103-106.
• Владимирова В.А., Сийдра О.И. Кристаллохимические особенности синтетических аналогов природных минералов аверьевита и ярошевскита, их синтез и свойства // Материалы Всероссийской научно-практической конференции ИМГРЭ, 2018. С. 243-246.
• Владимирова В.А., Сийдра О.И. Кристаллохимия и физические свойства синтетического аналога ярошевскита Cu9O2(VO4)4Cl2 // Материалы Международной конференции- форума «Ломоносов 2019», 2019. С. 1-2.



