Исследование клатратных гидратов в тройных системах с водородом при давлениях до 250 МПа

• Автор: Скиба, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Введение

Глава I. Литературный обзор.

1.1 Общие представления о клатратных соединениях

1.2 Краткая история химии клатратных соединений

1.3 Клатратные гидраты Ю

1.4 Структуры клатратных гидратов

1.4.1 Структуры гидратов при низких давлениях

1.4.2 Структуры гидратов при высоких давлениях

1.5 Влияние давления на кривые плавления клатратных гидратов

1.6 Исследования фазовых диаграмм бинарных систем Н2Н2О, СН4Н, С2Н6Н, С3Н8Н2О

1.6.1 Система Н2Н

1.6.2 Система СН4Н2О
1.6.3 Система С2Н Н
1.6.4 Система С2Н Н
1.7 Краткий исторический обзор исследования двойных гидратов
1.8 Исследования тройных гидратиых систем е водородом
1.8.1 Система тетрагидрофуран ТГФ Я Н
1.8.2 Тройные системы, с некоторыми
водорастворимыми жидкостями, в которых образуются двойные гидраты водорода
1.8.3 Система С Н2 Н и
четырехкомпонентные гидратные системы с
1.8.4 Система СИ4 Т2 Н
1.9 Гидраты солей четвертичных аммониевых оснований
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1 Измерение температур разложения гидратов методом дифференциальнотермического анализа при давлении до 0 МПа
2.2 Синтез образцов закаленных гидратов для исследования их методом рентгеновской порошковой дифрактометри
2.3 Исследования гидратов методом спектроскопии комбинационного рассеяния
2.4 Исследование образцов закаленных гидратов методом рентгеновской порошковой дифрактометрии
2.5 Приготовление образцов карбоксильных катионитов Глава 3. Результаты и обсуждение
3.1 Система СН4Н2Н2О
3.1.1 Исследование гидратов, образующихся в системе СНН2Н2О методом ДТА.
3.1.2 Исследование гидратов, образующихся в системе СН4Н2Н2О методом порошковой диффрактометрии.
3.1.3 Исследование гидратов, образующихся в системе СН4Н2Н2О методом КР спектроскопии.
3.1.4 Фазовые диаграммы системы СН4Н2Н.
3.1.5 Термодинамическая модель, объясняющая понижение температур разложения гидратов в системе СН4Н2Н2О с увеличением содержания водорода в исходной газовой смеси.
3.2 Система СзН8Н2Н
3.2.1 Исследование гидратов, образующихся в системе СзНН2Н методом ДТА.
3.2.2. Исследование гидратов, образующихся в системе С3Н8Н2Н2О методом порошковой диффрактометрии.
3.2.3 Исследование гидратов, образующихся в системе i2 методом КР спектроскопии i i.
3.2.4 Фазовые трансформации, происходящие в системе 3.
3.2.5 Сравнение с системой СзНСН4Н.
3.3 Система С2ИбН2Н
3.3.1 Исследование гидратов, образующихся в системе
С2Н6Н2Н методом ДТА.
3.3.2 Исследование гидратов, образующихся в системе С2II2 методом порошковой диффрактометрии.
3.3.3 Исследование гидратов, образующихся в системе С2Н6Н2Н методом спектроскопии КР i i.
3.3.4 Система С2НСН4Н.
3.4 Изучение двойных гидратов сшитых полиакрилатов
тетрабутиламмония и тетраизоамил аммония с водородом Выводы ш
Список литературы


Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 9 страницах, содержит рисунков, 8 таблиц. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Общие представления о клатратных соединениях. Термин клатрат происходит от латинского слова ЫаФгаШя, что означает заключать в клетку. Термодинамическая устойчивость таких соединений обеспечивается в основном энергетически благоприятным взаимодействием молекулгостей с хозяйским каркасом, вследствие чего слабые межмолекулярные взаимодействия гостьхозяин приводят к выигрышу в свободной энергии системы по сравнению с энергией исходных компонентов в собственных фазах. В качестве примеров клатратных соединений можно привести клатратные гидраты, соединения гидрохинона, клатраты мочевины, клатрасилы, и др. Краткая история химии клатратных соединений. Повидимому, история соединений включения начинается с г. Дж. Пристли сообщил о том, что он наблюдал аномальный лед, который. В гг Б. Пелетье и В. Карстен наблюдали образование кристаллов при охлаждении газообразного хлора 3, однако позже, в г Дэви показал, что данные кристаллы выпадают лишь в том случае, если хлор содержит пары воды, то есть что это гидрат хлора 4. Впоследствии М. Фарадей установил его состав СЮН 5, а А. Рив разгадал тайну удивительного льда, наблюдаемого Дж. Пристли, показав, что это ни что иное, как гидрат 2 6. С тех пор ученые не один раз сталкивались с соединениями подобного рода. Более того, исследователи практически вплотную приближались к пониманию природы таких соединений, однако систематизация знаний по клатратпым соединениям была произведена лишь в г. Пауэллом 7. Именно он первым понял суть надмолекулярной организации материи, где при образовании соединений из компонентов играет роль не химическая природа соединений, а степень соответствия этих компонентов или каркаса по форме и размеру и ван дер Ваальсовы взаимодействия. Клатратные гидраты. Клатратные гидраты представляют собой класс соединений включения, в которых каркас хозяина построен из молекул воды. Каждая молекула воды в клатратных гидратах связана водородными связями с четырьмя соседними, образуя трехмерную тетрагональную решетку в которой находятся полости полиэдры с пустотами молекулярных размеров. Вершинами полиэдров являются атомы кислорода, а ребрами водородные связи. Упаковка молекул воды в каркасах клатратных гидратов менее плотная, чем для известных каркасов льдов пустоты в каркасах известных модификаций льдов позволяют разместить только атомы гелия, неона либо молекулу водорода. Относительно большой размер полостей и, соответственно, низкая плотность упаковки, приводит к лабильности или мстастабильности пустого каркаса клатратных гидратов по отношению к существующим при аналогичных условиях льдам. Включение гостевых молекул в полости клатратных каркасов стабилизирует их за счет вандсрВаальсовых взаимодействий гость хозяин и конфигурационной энтропии, возникающей при размещении молекул гостя в полостях каркаса. Значительный вклад в стабильность гидратов дает и высокая энтропия молекул в полостях. Благодаря этим факторам, свободная энергия клатратпого гидрата становится ниже, чем сумма энергий фаз компонентов, н фаза гидрата может существовать в широком РТ диапазоне. Известно большое число молекул, способных стабилизировать каркасы клатратных гидратов, причем как это характерно для всех клатратных соединений размер и форма этих гостевых молекул определяет, какой или какие из возможных хозяйских каркасов будет реализовываться. В некоторых случаях молекулагость способна взаимодействовать с водой в жидкой фазе посредством водородной связи, но при образовании клатратпого гидрата эти связи разрушаются. Находясь в полости хозяина подобные гостевые молекулы способны образовывать мерцающие водородные связи как, например, в гидрате тетрагидрофурана 8. Такие связи возникают на короткое время между атомом кислорода гостя и ближайшей молекулой воды каркаса. Как правило, газовые гидраты, существующие при низких давлениях, являются нестсхномегрическими соединениями, их состав зависит ог условий синтеза.