рефераты бесплатно
Рефераты бесплатно, курсовые, дипломы, научные работы, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения,рефераты литература, рефераты биология, рефераты медицина, рефераты право, большая бибилиотека рефератов, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент и многое другое.
ENG
РУС
 
рефераты бесплатно
ВХОДрефераты бесплатно             Регистрация

Реферат: Исследование совместного электровосстановление гадолиния и криолита в галогенидных расплавах  

Реферат: Исследование совместного электровосстановление гадолиния и криолита в галогенидных расплавах

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Кабардино-Балкарский Ордена Дружбы народов Государственный

Университет им. Х.М.Бербекова

Химический факультет

Кафедра неорганической и физической химии

 

 

 

КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

на тему:

 “Исследование совместного электровосстановления гадолиния и криолита в галогенидных расплавах”

 

   Дипломник: студент 4 курса ХФ ______________Жекамухов А.Б.

       Научный руководитель: доктор

химических наук, профессор

      кафедры физической химии

__________________Кушхов Х.Б.

рецензент:

Нальчик 1999
Содержание

стр.

Введение……………………………………………………………………4

Глава I.

Строение и электрохимическое поведение расплавленных

галогенидных систем содержащих гадолиний и алюминий.……………6

1.1.1.Строение индивидуального расплава трихлорида гадолиния.………..6

1.1.2. Строение растворов расплава трихлорида гадолиния в хлоридах

щелочных металлов..………………………………………………..……..….8

1.1.3. Строение растворов расплава трихлорида гадолиния в хлоридно-фторидных расплавах..………………………………………………..………10

1.1.4. Строение гадолинийсодержащих фторидных расплавов.…...………11

1.2.  Электрохимическое поведение гадолинийсодержащих галогенидных расплавов……………..………………………………………………..………16

1.2.1.  Электрохимическое поведение гадолинийсодержащих хлоридных расплавов.…………..………………………………………………..……..16

1.2.2.  Электрохимическое поведение гадолинийсодержащих фторидных расплавов.…………..………………………………………………..……..19

1.3.1.  Строение и химические свойства алюминийсодержащих галогенидных        расплавов.………..………………………………………………..…....21

1.3.2.  Электрохимическое поведение алюминийсодержащих галогенидных расплавов.………..………………………………………………..…....24

Глава II.

Методы исследования и методика проведения экспериментов.

2.1.     Выбор электрохимических методов исследования электродных процессов в расплавленных средах и применяемая аппаратура.……..…....28

2.2.     Конструкция высокотемпературной кварцевой электрохимической ячейки и электродов.…………………………………………………..37

2.3.     Методика получения безводного хлорида гадолиния.……………...39

 

Глава Ш.

Исследование совместного электровосстановления гадолиния и алюминия в галогенидных расплавах.

3.1.    Исследование электровосстановления фторалюминат-иона на фоне

хлоридного расплава KCl-NaCl, влияние фторид-иона..…………...40

3.2.     Исследование совместного электровосстановления фторалюминат-

иона и хлоридных комплексов гадолиния на фоне хлоридных и хлоридно-фторидных расплавов………………………………….……...46

Выводы……………………………….……………………….……………...52

Литература…………………….…….……………………….……………....53


ВВЕДЕНИЕ.

Судя по последним публикациям, нынче довольно трудно отметить те стороны жизни, где бы не находили применение редкоземельные элементы. Эти металлы и их сплавы обычно извлекаются из хлоридных и фторидных систем. Соответственно существует достаточно большое количество работ по хлоридным расплавам, однако по хлоридно-фторидным и фторидным системам, особенно по многокомпонентным фторидным расплавленным солям опубликовано довольно ограниченное число работ. [1]

На основе РЗМ получают многие уникальные материалы, которые находят широкое применение в различных областях науки и техники. Например, РЗМ используют как добавки к стали и в сплавах с другими металлами, в производстве материалов, адсорбирующих водород (например,  LaNi5), как добавки к ядерным материалам, в качестве пирофорных материалов, в специальной керамике, оптических стеклах (стекла для TV-экранов), в производстве катализаторов для утилизации выхлопных газов, а также в получении магнитных материалов (например (Nd1-xDyx)15Fe77B8 или (Nd1-xDyx)15Fe76B8) и так далее.

Перечисленное выше – лишь небольшая часть из списка областей применения РЗМ. Развитие высоких технологий все более и более вовлекает использование РЗМ, степень чистоты которых должна быть очень высока. В этом отношении не будет преувеличением отнести РЗЭ к материалам XXI века.

Перспективным способом получения чистых РЗМ и их сплавов с другими металлами является электролиз расплавленных солей РЗЭ, а также их смесей. Для эффективного использования электролитического метода получения РЗМ необходимо располагать надежной информацией об электрохимическом поведении комплексов, образуемых ионами РЗЭ в расплавах, а также химических реакциях, сопровождающих процессы электроосаждения.          Поэтому является необходимым выяснение механизма электровосстановления комплексных ионов РЗЭ, в частности совместного электровосстановления гадолиния и криолита в галогенидных расплавах.


Глава I.

Строение и электрохимическое поведение расплавленных галогенидных систем, содержащих гадолиний и алюминий.

1.1.1.  Строение индивидуального расплава трихлорида

гадолиния.

Кристаллические хлориды элементов от лантана до европия, включая гадолиний, имеют гексагональную решетку, а от диспрозия до лютеция (также и хлорид иттрия),- моноклинную. Температура плавления хлоридов РЗЭ постепенно снижается от лантана до диспрозия, а затем снова возрастает до лютеция; летучесть хлоридов увеличивается с возрастанием порядкового номера элемента, т.е. с увеличением ионного радиуса.

Безводные трихлориды очень гигроскопичны и расплываются на воздухе. Хорошо растворяются в воде и спирте. Поглощают NH3, выделяя теплоту и образуя аммиакаты LnCl3.n NH3. Заслуживает внимания тот факт, что монокристалл GdCl3 при низких температурах становится ферромагнетиком при 2,2˚К  [2]. В данной  работе отмечается, что в ряду лантаноидов трихлориды от La до Gd включительно изоструктурны (гексагональная типа UCl3). Здесь же отмечается, что GdCl3 – вещество с высокой температурой плавления (602˚С), в вакууме при высокой температуре летуче, что подтверждается данными по давлению паров [3].

Под строением ионного расплава понимают состав и взаимное расположение частиц, из которых он состоит. Первые выводы о строении ионных расплавов были сделаны на основании изучения их физико-химических свойств. Значительный прогресс в наших представлениях о строении ионных расплавов был достигнут в результате рентгеноструктурных и спектроскопических исследований. Вопреки прежним положениям, в соответствии с которыми жидкости вообще и ионные расплавы в частности считались отдаленными аналогами газов, а из рентгеновских исследований вытекает, что их нужно рассматривать как аналоги твердых кристаллических структур.

Однако если в структуре твердых кристаллов трихлорида гадолиния имеются как ближний, так и дальний порядок во взаимном расположении частиц, то в ионном расплаве сохраняется лишь ближний порядок. При плавлении кристаллов этого вещества дальний порядок разрушается. Рентгеновские исследования [4] несколько неожиданно показали уменьшение межионных расстояний в этом случае. Данный факт объясняется тем, что увеличение объема ионного вещества при его плавлении происходит не за счет возрастания параметров «кристаллической решетки», а «дефектов» в расплавленном ионном кристалле. Такое состояние ионного вещества называется квазикристаллическим. К тому же, по сравнению с твердым GdCl3, ионный расплав трихлорида гадолиния характеризуется большими свободными объемами. В работе [5] отмечается, что в расплавленном GdCl3 в качестве структурных единиц существуют также кластерные димеры и более полимеризованные комплексные анионы.

Итак, на основании рентгенографических исследований [6] структуры расплавленного GdCl3 можно сделать следующие выводы:

1.    расстояния  между разноименными ионами меньше, а между одноименными больше в солевом расплаве, чем в кристаллическом трихлориде гадолиния;

2.    координационное число в расплаве ниже, чем в твердом GdCl3;

3.    в высокой степени сохраняется ближний порядок во взаимном расположении частиц.

На основании всего сказанного можно говорить о следующих составных слагающих ионного расплава трихлорида гадолиния: разноименно заряженные ионы (Gd3+, Cl-), недиссоциированные молекулы, ассоциаты (например Gd2Cl6), свободные объемы (дислокации, дырки).

1.1.2.  Строение растворов расплава трихлорида гадолиния в

хлоридах щелочных металлов

 

Изучение взаимодействия хлоридов РЗМ с хлоридами щелочных металлов представляет большой интерес для характеристики расплава, кроме того, чистые хлориды РЗМ и их смеси с хлоридами щелочных металлов являются одними из исходных соединений для получения редкоземельных металлов высокой чистоты.

В расплавленном трихлориде гадолиния и его смесях с хлоридами щелочных металлов образуются прочные комплексные группировки с большим числом аддентов, что подтверждается различными методами исследований.

Например, для изучения комплексообразования РЗЭ в солевых хлоридных расплавах применены методы изоморфной сокристаллизации и ионного обмена  [7]. В данной работе исследованы хлоридные расплавы, содержащие микроконцентрации РЗЭ.

Из диаграмм состояния бинарных систем типа MIIICl3 - MICl, где MIII – РЗЭ; MI – щелочной металл, следует, что все хлориды РЗЭ образуют конгруэнтные либо инконгруэнтные соединения с хлоридами K, Rb, Cs. Для хлорида натрия такие соединения образуют РЗЭ, начиная с самария.

Образование анионных хлоридных комплексов лантаноидов в расплавах констатируется также путем изучения ИК – спектров при температуре 400 – 800 ˚С. при этом хлориды лантаноидов в расплавленной эвтектике LiCl – NaCl – KCl в области 0,8 – 2,6 µ имеют характеристические полосы поглощения, найденные в расплавах, соответствующих нитратным комплексам.

Соединения типа KLnCl4 существуют в расплаве и в парообразном состоянии, что показано тензометрическими исследованиями и подтверждено масс-спектроскопией.

Интересна работа японских ученых A.Matsuoka  и др. [8], в которой при помощи Раман-спектроскопии и молекулярно-динамического моделирования были изучены структуры систем GdCl3 – ACl (A – Li, K, Na). В результате найдено, что октаэдрические комплексные анионы GdCl63- не соединены друг с другом в расплавах с концентрацией GdCl3 менее 25 мол.%, за исключением системы GdCl3 – LiCl.

В работе  [9] исследованы системы GdCl3 – NaCl GdCl3 – KCl. В первом случае в системе образуется инконгруэнтно плавящееся химическое соединение  Na3GdCl6. Перитектическая точка отвечает 30 % GdCl3 и температуре 486˚С. в случае системы GdCl3 – KCl образуется два конгруэнтно и одно инконгруэнтно плавящихся соединения. Соединение KGd3 Cl10 плавится конгруэнтно при 580˚С. Соединение K2Gd Cl5  плавится инконгруентно при 542˚С. Конгруэнтно плавящееся соединение K3GdCl6 характеризуется температурой плавления 825˚С и имеет полиморфное превращение при 380˚С.

Интересно отметтить работу японских ученых Y.Katayama, R.Hagiwara и Y.Ito [31], которые исследовали образование оксихлоридов и оксидов РЗЭ в эвтектическом расплаве LiCl – KCl, содержащем исследуемый РЗЭ (III)  и оксид лития. Отмечено, что когда к расплаву, содержащему 1 мол.% трихлорида гадолиния добавили 0,5 мол.% хлорида лития, наблюдалось осаждение лишь GdOCl. Дальнейшее добавление Li2О (~1 мол.%) дает осаждение Gd2O3 и GdOCl.


1.1.3.  Строение растворов расплава трихлорида гадолиния в

 хлоридно-фторидных расплавах

Как указывалось в работе  [10], при введении в хлоридный расплав, содержащий ионы Gd3+, фторид-иона происходит последовательное замещение хлорид-иона фторид-ионом во внешней координации. При большом избытке фтора (более чем  десятикратном) формируется чисто фторидный комплекс, т. е. Происходит полное вытеснение хлора из внешнесферной координации.

Итак, при малых концентрациях фторид-иона имеет место реакция:

GdCl63- + xF- → [GdCl6-xFx]3- + xCl- ,

то есть при х<6.

При больших избытках:

GdCl63- +6F- → [GdF6]3- +6Cl- .

Таким образом, в концентрированных по фтору расплавах, где мольное отношение [F] : [Gd] > 3, преобладающая доля фторидных комплексов приходится на группировки GdF3, конечно, не нейтральные, а в виде смешанных фторидно-хлоридных анионов типа GdF3Cl-, GdF3Cl22- и GdF3Cl33-. В разбавленных по фтору расплавах преобладают группировки GdF2+, а в промежуточной области, где изотермы по наклону отвечают z = 2 (GdFz) – группировки GdF2+ также в виде смешанных фторидно-хлоридных ионов типа GdFCl3 -, GdF2Cl2-, и т. п. [11].


1.1.4.  Строение гадолинийсодержащих фторидных расплавов

 

Фториды РЗЭ относятся к наименее растворимым соединениям этой группы элементов. В расплавах фторидов редкоземельных и щелочных металлов образуются соли NaLaF4, KСeF4, NaYF4, а также соединения состава M3LnF6 (Ln – Ce(III), Y, Sm, Gd, Er; M – Na, K, Rb, Cs).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6


© 2010.