Шаповалова Ксения. Исследование закономерностей реакций ионных кристаллов в твёрдых фазах при комнатной температуре

Научный руководитель: Г.В. Лисичкин, ХФ МГУ

Шаповалова Ксения презентация

Цель работы заключалась в исследовании влияния кристаллизационной воды на реакции в твёрдых фазах, а также на взаимодействия с нерастворимыми солями. В процессе исследования я использовала метод растирания порошков, который широко применяется для качественного анализа в полевых условиях. Метод растирания порошков как самый простой и доступный из всех существующих химических методов качественного анализа, может найти широкое применение в лабораторной практике. Но наиболее важное значение будет иметь для анализа руд и минералов в полевых условиях.

В ходе работы было проведено 16 реакций, из которых 8 проходили попарно с кристаллогидратами и безводными веществами. В частности, я исследовала следующие пары: Na₂S и CoCl₂, CaCO₃ и CoCl₂, Na₂S и MnSO₄, CaCO₃ и MnSO₄, Na₂S и CuSO₄, Na₂CO₃ и CuSO₄, NaHCO₃ и CuSO₄, NaOH и CuSO₄.

Наиболее эффективными оказались реакции с кристаллогидратами, например, взаимодействие гексагидрата хлорида кобальта с сульфидом натрия и медного купороса с сульфидом натрия. В результате этих реакций образовались сульфиды, что привело к потемнению смеси в ступке и выделению воды из кристаллогидратов. В то же время реакции с безводными веществами показали значительно меньшую активность и образование меньшее количество продуктов. Это подчеркивает ценность кристаллогидратов как более эффективных реагентов. Эффективность реакций объясняется как выделением воды из кристаллогидратов, так и меньшей энергией кристаллической решётки, что увеличивает расстояние между ионами.

Следующие эксперименты проводились с нерастворимым CaCO₃. Реакция с сульфатом марганца, как в безводной, так и в кристаллогидратной форме, не дала результатов, вероятно, из-за высокой энергии кристаллической решётки, превышающей энергию продукта. В отличие от этого, реакция с кристаллогидратом хлорида кобальта привела к образованию малинового CoCO₃, в то время как безводное вещество не дало реакции, что можно объяснить большей прочностью кристаллической решётки безводного соединения.

Реакция сульфата марганца с сульфидом натрия также не прошла, вероятно, из-за неправильного подбора реагентов. Реакции между сульфатом меди и карбонатом натрия, а также с гидрокарбонатом натрия не дали результатов ни с кристаллогидратом, ни с безводным веществом. Это может указывать на более высокую энергию кристаллической решётки у реагентов и различия в реакциях в водной среде.

Заключительная реакция сульфата меди с гидроксидом натрия привела к образованию черного вещества CuO. В ходе этой реакции сначала образуется гидроксид меди (II), который затем разлагается на оксид меди (II) и воду под действием энергии, выделяющейся при растирании.

В результате проведенных экспериментов была подтверждена ценность кристаллогидратов как более активных реагентов в реакциях в твёрдых фазах. Также было доказано, что нерастворимые соли могут участвовать в реакциях, если образующийся продукт обладает высокой энергией кристаллической решётки.

Литература:

1. Исаков Павел Максимович. Качественный химический анализ руд и минералов методом растирания порошков. 2-е изд. Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр. — Москва, 1955. — 183 с.
2. А.М. Косевич. Основы механики кристаллической решетки. 1972. — 280 с.
3. К.П. Мищенко и А.А. Равделя. Краткий справочник физико-химических величин. 1974. — 200 с.
4. Кристаллические решетки и их дефекты. учебное пособие по курсу «Материаловедение». — Калуга: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. — 72 с.
5. Бродский А. И. Физическая химия, т. 1, Госхимиздат, 1948 г., 487 стр.
6. К. М. Кевролев. Структура и некоторые свойства кристаллогидратов. Известия Омского ордена трудового красного знамени политехнического института имени С. М. Кирова. т. 95 1958 г. 124 стр.