ВВЕДЕНИЕ 3
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 5
ГЛАВА 1. ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ 6
1.1. Классификация ионных жидкостей 6
1.2. Свойства нитрата этиламмония 9
1.3. Влияние воды на свойства нитрата этиламмония 12
ГЛАВА 2. МЕТОД ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА 18
2.1. Основы ЯМР 18
2.2. Измерение времени спин-решеточной релаксации методом ЯМР 21
2.3. Измерение времени спин-спиновой релаксации методом ЯМР 23
2.4. Явление самодиффузии. Измерение коэффициента самодиффузии
методом ЯМР 25
2.5. Влияние скорости обмена на форму линий спектра. Динамический
ЯМР 28
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 31
3.1. Методика приготовления образцов смесей нитрата этиламмония с
водой 31
3.2. Параметры эксперимента 32
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 35
4.1. Объемные образцы и образцы с ограничениями 35
4.2. Эффект влияния сильного магнитного поля на динамику ионов и
молекул 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ионные жидкости - это диссоциированные на ионы расплавленные соли, температура плавления которых не превышает 1000 С. Среди ионных жидкостей особенный интерес обнаруживают протонные ионные жидкости, способность которых к быстрым обменам протона между катионом и анионом приводит к ряду интересных свойств. В частности, к высоким значениям электрической проводимости, что в перспективе позволяет использовать их в качестве электролитов в суперконденсаторах и литиевых батареях [Ошибка! Источник ссылки не найден., Ошибка! Источник ссылки не найден.], в процессах кристаллизации белков, а также как катализаторы в химических реакциях, смазочные материалы [Ошибка! Источник ссылки не найден., Ошибка! Источник ссылки не найден., Ошибка! Источник ссылки не найден.]. Однако содержание в большинстве ионных жидкостей атомов галогенов сильно затрудняет их повсеместное использование [Ошибка! Источник ссылки не найден.].
В последние годы был синтезирован ряд экологичных ионных жидкостей, не содержащих галогены, что увеличило перспективы их широкого использования в будущем. К экологичным ионным жидкостям относится и объект исследования данной работы - нитрат этиламмония (НЭА).
В работах, выполненных ранее, были проведены исследования динамики и структуры НЭА в объеме, в нано- и микроразмерных ограничениях, при взаимодействии с поверхностями, а также в сильных магнитных полях; проведены изучения бинарных смесей, содержащих НЭА. К примеру, методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) было показано, что нахождение чистого НЭА между полярными стеклянными пластинками увеличивает коэффициент самодиффузии катиона почти в 2 раза по сравнению с образцом в объеме, а также ведет к ускорению обмена протонов между катионом и анионом [Ошибка! Источник ссылки не найден.]. В новых исследованиях был обнаружен эффект магнитного поля на трансляционную и локальную динамику ионов нитрата этиламмония, который является немагнитной ионной жидкостью [Ошибка! Источник ссылки не найден.]. Таким образом, было показано, что динамические свойства нитрата этиламмония можно изменять нехимически, что позволяет иногда с меньшими затратами и более эффективно управлять его свойствами.
Целью данной работы является:
• Исследование самодиффузии и !И ЯМР-релаксации ионов и молекул в системах «нитрат этиламмония - вода», находящихся в объеме и микроразмерных ограничениях между гладкими полярными стеклянными пластинками;
• Исследование влияния сильного магнитного поля на динамику ионов и молекул этой системы.
Наличие воды, способной образовывать трехмерную сеть водородных связей, может привнести ряд изменений в механизм обмена протонов в смесях воды с ионной жидкостью, что приведет к появлению некоторых новых особенностей в динамике ионов и молекул этих систем.
В работе исследованы самодиффузия, спин-решеточная и спин-спиновая !Н ЯМР-релаксация катиона и молекул воды в смесях нитрата этиламмония с водой в объеме и микроразмерных ограничениях (между параллельными полярными стеклянными пластинками с расстоянием между ними ~ 4 мкм) на частоте ЯМР- резонанса протонов 400,27 МГц при весовых концентрациях воды в системе 0; 0,5;
1,0 и 2,0% и температуре 293 К.
1. Показано, что в смесях, находящихся в объеме и между ограничениями, наблюдается противоположный характер зависимостей коэффициентов самодиффузии и времен ЯМР-релаксации протонов катиона и воды от концентрации воды в этих смесях.
2. Установлено, что для смесей между ограничениями увеличение концентрации воды ведет к замедлению диффузионного движения катиона и молекул воды.
3. При выдержке в магнитном поле смесей между ограничениями наблюдается уменьшение коэффициентов самодиффузии с увеличением концентрации воды с различной скоростью, зависящей от содержания воды в образце.
4. Замедление диффузионного движения катиона и воды в магнитном поле для смесей между ограничениями объясняется процессами адсорбции молекул воды на полярной поверхности. Это подтверждается поведением времен Т2- релаксации групп -NH3 и молекул воды при выдержке образцов в сильном магнитном поле, а также изменений амплитуд линий в ЯМР-спектре.
5. Результаты по Т2-релаксации группы -NH3 интерпретируются следующим образом: увеличение концентрации воды в смеси ведет к ускорению обмена протонами в объемных образцах; в образцах, находящихся в ограничениях, наоборот, к замедлению.
