Получение кислородосодержащих соединений иттрия из сульфата иттрия золь-гель методом

Дифференциальные сканирующие калориметры измеряют тепловой поток, излучаемый или получаемый эталоном и образцом, как функции температуры и времени в контролируемой атмосфере.

Измеряемые величины - абсолютная температура образца и разница температур, возникающая между образцом и эталоном, пропорциональная разности теплового потока между ними. Это позволяет оценивать количественно тепловые эффекты [31].

С помощью ДСК можно определить следующие характеристики материалов:

– энтальпии переходов;

– определение температуры начала, максимума, перегиба, конца теплового эффекта;

– температуры переходов;

– удельная теплоемкость;

– переходы в жидких кристаллах;

– построение фазовых диаграмм;

– комплексный анализ переходов стеклования/расстекловывания;

– степень кристалличности;

– структурообразующие реакции;

– энтальпия химических реакций;

– термостабильность материалов;

– устойчивость к окислению;

– старение материалов;

– чистота кристаллических веществ.

Кривая ДСК по форме такая же, как и в методе ДТА, но по площади пиков количественно рассчитываются тепловые эффекты [32].

Схематически различие методов ДТА и ДСК можно представить следующим образом. В ДТА образец и эталон нагреваются одним источником теплоты, а температуру измеряют введенными в них чувствительными датчиками. Характерными чертами ДСК являются наличие индивидуальных нагревателей для калориметрических камер образца и эталона, а также используемый принцип сбалансированного нуля [32].

Высота максимумов ДТА и ДСК и температуры их проявления возрастают при увеличении скорости нагревания. Это ухудшает разрешение переходов, поэтому оптимальной считается скорость изменения температуры от 1 до 20 град/мин [32].

Термическое воздействие на образец в методе ДСК играет двойную роль: оно инициирует внутренние процессы в материале и используется для сравнительного контроля изменений в его структуре. ДТА и ДСК имеют высокие чувствительность и разрешение к переходам при температуре выше температуры стеклования (Тс), особенно к процессам, сопровождающимся тепловыми эффектами, но не, фиксируют переходы ниже Тс. Очень ценным является то, что они позволяют количественно определять такие химические превращения в эластомерах, как термическое и окислительное разложение, реакции вулканизации и другие [32].

1.4.4 Масс-спектрометрия

Масс-спектрометрия (далее МС) - один из наиболее эффективных и широко применяющихся аналитических методов. Отличается высокой селективностью, чувствительностью и точностью [30].

Масс-спектрометрия - является одним из мощнейших способов качественной идентификации веществ, допускающий также и количественное определение. Можно сказать, что масс-спектрометрия -- это «взвешивание» молекул, находящихся в пробе [33].

Принцип метода состоит в том, что определяемое вещество переводят в газообразное состояние, ионизируют и образовавшиеся ионы (заряженные фрагменты исходных молекул) разделяют в магнитном или электрическом поле по величинам отношения массы к заряду. Любой масс-спектрометр состоит из системы напуска образца, ионизационной камеры и системы разделения ионов. В приборе поддерживают высокий вакуум (~10 ^{- 6} мм рт.ст.). Методы регистрации отработаны настолько хорошо, что позволяют без труда производить подсчет отдельных ионов [33].

Первые масс-спектры были получены в Великобритании в 1910 году (Томсон) и в 1919 году (Астон). В середине 1950 ? х годов Вольфганг Пол разработал квадрупольный масс-анализатор. В 1985 году Коити Танака был разработан метод мягкой лазерной десорбции. Преимущество метода в том, что для анализа достаточно очень малое количество вещества, основной недостаток - метод является разрушающим, т. е. исследуется не само вещество, а продукты его превращения [33].

Метод МС, в принципе, не является спектроскопическим, поскольку в его основе нет взаимодействия вещества с электромагнитным излучением, но внешний вид графического распределения ионов по массовым числам (зависимость интенсивности ионного тока от отношения массы к заряду) напоминает спектр и получил название масс-спектр [34].

Задачи, решаемые МС:

– идентификация веществ;

– химический анализ смесей;

– элементный анализ;

– изотопный анализ;

– разделение изотопов.

Достоинства метода:

– метод ионизации электронным ударом дает богатые фрагментами масс-спектры, которые однозначно характеризуют структуру молекулы, что удобно для идентификации веществ;

– масс-спектрометрия электронного удара ? высокочувствительный метод анализа, позволяет анализировать пикомольные количества вещества;

– существуют "библиотеки" масс-спектров, содержащие спектры более 70000 органических соединений, по которым можно проводить их идентификацию с применением ЭВМ 18.

– недостатки метода:

– молекулярные ионы образуются лишь у 20 % органических соединений;

– метод применим только для определения легколетучих термически стабильных соединений;

– ионы с большими значениями m/z, дающие информацию о молекулярной массе и наличии функциональных групп обеспечивают небольшой вклад в значения полного ионного тока;

– отрицательно заряженные ионы, имеющие большое значение в структурном анализе, образуются в очень небольшом количестве и ограниченным числом органических соединений.

– 

2. Экспериментальная часть

2.1 Приборы и оборудование

В ходе выполнения дипломной работы было использовано следующее оборудование.

1. Аналитические весы Sartorius серии СРА. Дискретность отсчета 0,01 мг, наибольший предел взвешивания 100 г, класс точности по ГОСТ 24104 ? 2001 - I, встроенный интерфейс, встроенная калибровка, автоматическая калибровка (isoCAL).

2. Профессиональный рН-метр Sartorius РР ? 25, универсальный измеритель с функцией измерения рН и ионоселективного анализа.

pH ? метр предназначен для проведения ионного анализа на высоком исследовательском уровне в широком интервале концентраций.

Иономер РР ? 25 позволяет использовать следующие методы измерений:

- прямая потенциометрия;

- метод стандартных добавок;

- метод добавок.

Технические характеристики pH-метра-иономера Sartorius РР ? 25:

Диапазон измерения pH: от 2,000 до20,000;

Дискретность измерения pH: 0.001;

Макс. число точек калибровки: 5;

Диапазон измерения: от - 1800 до +1800 мВ;

Дискретность измерения: 0,1мВ;

Диапазон измерения температуры: от - 5 °С до +105 °С;

Дискретность измерения: 0.1 °С;

Ион-селективный анализ: Диапазон измерения 1,00·10 ^?9 ? 9,99·10 ^?9;

Макс. число точек калибровки: 7;

Макс. количество запоминаемых результатов измерения: 620;

Источник питания: от сети;

Габариты прибора: 265 х 200 х 100 мм;

Вес: 2 000 г.

3. Магнитная мешалка с нагревом BIOSAN MSH - 300.

4. Центрифуга Hermle LaborTechnic Z383, с микропроцессорным управлением. Ускорение 25910 xg (угловой ротор), максимальная скорость 17000 об/мин.

5. Вакуумный сушильный шкаф Binder VD 115. Технические характеристики:

– диапазон температур от 15 °С выше температуры в помещении до 200 °С;

– MP контроллер с 2 программами по 10 сегментов, альтернативно переключаемый на 1 программу с 20 сегментами;

– интегрированные недельные программные часы с функцией реального времени;

– цифровая настройка температуры с точностью до градуса;

– счетчик часов работы;

– продувочный клапан с точной дозировкой;

– клапан инертного газа с точной дозировкой и техникой Cross-Flow;

– все электрические компоненты имеют развязку от внутреннего помещения камеры;

– упругое предохранительное стекло с защитой от осколков.

6. Многоцелевой рентгеновский дифрактометр RIGAKU (XRD) Ultima IV.

Области применения:

– идентификация фаз;

– кристаллические структуры;

– размер кристаллитов;

– преимущественные ориентации;

– совершенство кристаллической структуры;

– степень кристаллизации;

– остаточные напряжения;

– функция радиального распределения;

– ориентация и структура тонких пленок;

– распределение размеров наночастиц и пор;

– многослойные структуры (толщина, плотность, шероховатость) ;

– одновременный рентгеноструктурный и калориметрический анализ.

Материалы:

– порошки (поликристаллические, массивные материалы) ;

– тонкие пленки (сегнетоэлектрики, магниты, и др.) ;

– массивные монокристаллы;

– жидкости.

Таблица 2.1 - основные технические характеристики:

Рентгеновская трубка	Cu, Fe, Cr, Mo, мощность 1,5 - 2,5 кВт
Мощность генератора	3 кВт
Геометрия гониометра	Вертикальный, Тета-Тета
Радиус гониометра	185 - 285 мм
Минимальный шаг 2 Тета	0,0001°
Щели расходимости	Автоматические до 20 мм
Юстировка рентгеновской оптики	Автоматическая

7. Автоэмиссионный растровый электронный микроскоп Jeol JSM 7001F для исследование структурно-химических особенностей твердых образцов (горных пород, руд, минералов, сплавов, керамик и т.п.), анализ образцов в точке, а также распределение химических элементов по линии или площади с использованием EDS ? спектрометра в диапазоне элементов от B до U.

Основные технические характеристики РЭМ JSM ? 7001F:

– диапазон увеличений от х50 до х 1000000;

– катод Шоттки;

– ускоряющее напряжение от 0,5 кВ до 30 кВ;

– ток пучка до 200 нА, при 15 кВ;

– диапазон увеличений от х10 до х 500000;

– пространственное разрешение: 1,2 нм при 30 кВ, 3 нм при 1 кВ;

– максимальный размер образца: диаметр до 200 мм.

В исследовательской работе использовали приборы и оборудование НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ.

2.2 Методика приготовления растворов

2.2.1 Приготовления раствора сульфата иттрия

Для приготовления 0,1 М раствора сульфата иттрия необходимо взять 2,26 г. оксида иттрия и приготовить раствор серной кислоты. Концентрацию серной кислоты определили титрованием 0,1н NaOH с индикатором метилоранжем (V = 0,1 мл, V_NaOH = 8,8 мл). Она составила 4,4 моль/л. Далее нужно развести 10 мл серной кислоты в 100 мл дистиллированной воды и добавить навеску оксида иттрия.

Уравнение реакции: Y₂O₃ + 3H₂SO₄ Y₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Молярность серной кислоты после разбавления в дистиллированной воде составила 0,44 моль/л.

Концентрацию иттрия в растворе определяем трилонометрическим титрованием с индикатором ксиленовый-оранжевый и аммиачно-ацетатным буфером.

2.2.2 Приготовление аммиачно-ацетатного буферного раствора

Берется 8 мл х.ч. ледяной уксусной кислоты и добавляется к ней дистиллированной воды до объема 200 мл. Затем добавляем водный раствор аммиака и доводим объем раствора дистиллированной водой до 500 мл. Для проверки определяем значение pH с помощью pH ? метра. Значение pH полученного буферного раствора должно быть в диапазоне от 5,2 до 5,5.

2.2.3 Приготовление гидролитических агентов

Для приготовления раствора 1 М гидроксида натрия в мерную колбу на 1 л добавляли 400 г гидроксида натрия и дистиллированную воду до метки. Перемешиваем и ждем остывания. Концентрацию проверяют титрованием соляной кислотой с индикатором фенолфталеином.

2.3 Золь-гель синтез оксигидроксида иттрия

Синтез проведён с использованием золь-гель технологии. Исходной солью служил сульфат иттрия. К раствору добавлялся NaOH. Конечные значения pH составляли 8, 9 и 10. Время синтеза составляло 5 мин., 1 и 24 ч. при комнатной температуре. Полученные образцы пятикратно отмывали дистиллированной водой и отделяли с помощью центрифуги при скорости 9000 об/мин в течение 2-х минут, после чего высушивали в вакуумном шкафу при давлении 5 мм.рт.ст. и температуре 70 °С. В промывных водах определяли наличие сульфат-ионов. Отмывку проводили до момента появления отрицательной пробы на сульфат-ионы.

В ходе исследования получены следующие образцы (таблица 2.2)

Таблица 2.2 ? Образцы, полученные в ходе работы

Гидролитический агент	Конечное значение рН	Время введения гидролитического агента
NaOH	8	5 минут
NaOH	9	5 минут
NaOH	10	5 минут
NaOH	8	1 час
NaOH	9	1 час
NaOH	10	1 час
NaOH	8	24 часа
NaOH	9	24 часа
NaOH	10	24 часа

2.4 Методика рентгенографического анализа

Исследование выполняется на дифрактометре Rigaku.

2.4.1 Подготовка прибора к работе

1. Включить воду (допустимая температура воды для работы дифрактометра 18 ? 26 °С). Если температура воды в чиллере выше, то надо дождаться ее охлаждения.

2. Включить дифрактометр.

3. Включить программу «XG Operation».

4. На панели «X-Ray control» нажать кнопку «X-Ray on». После нажатия серо-чёрная (неактивная) кнопка окрашивается в желто-красный цвет, а также активизируются указатели напряжения, тока и мощности, подаваемых на рентгеновскую трубку. После этого необходимо подождать 10 секунд (пока не заработают блоки питания в корпусе дифрактометра).

5. На панели «X ? Ray control» нажать кнопку «Execute aging» (Провести отжиг). После нажатия серо-чёрная кнопка окрашивается в желто-красный цвет, а значения напряжения, тока и мощности постепенно возрастут до 40 кВ, 30 мА, 1,2 кВт в течение 10 ? 15 минут.

6. Включить программу «Standard measurement».

7. Работать необходимо только с первой строкой (остальные используются для настройки). В окне «File name» необходимо сменить название предыдущего файла (нажать на кнопку «Browse», выбрать свою директорию и ввести название файла анализируемого образца). В окно «Condition» ввести цифру 8.

8. Нажать далее на кнопку «Show measurement condition». После этого откроется окно с режимом съемки. В этом окне необходимо открыть закладку №.8, так как вы указали именно ее в окне «Condition» в предыдущей программе «Standard measurement».

Рекомендуемые параметры настройки:

– «Start angle» не менее 5°.

– «Stop angle» обычно 90°.

– «Sampling Width» (Шаг) обычно 0,0200°.

– «Scan speed» обычно 2,0 °/мин. Для более точного определения параметров кристаллической ячейки или для выявления слабых пиков примесей в основном веществе можно снизить до 1,0. Для быстрого фазового анализа съёмка может проводиться при 10,0 или даже
20,0 °/мин.

После выставления параметров данное окно (программу) не закрывать.

2.4.2 Пробоподготовка и помещение образца в прибор

Для съемки порошковой дифрактограммы необходимо следующее.

1. Истереть образец в мелкий порошок (1 ? 20 мкм), пользуясь агатовой (яшмовой) ступкой и пестиком.

2. Взять кювету из монокристаллического кремния или из стекла.

3. Нанести образец на выемку (углубление) кюветы. Для нанесения использовать гладкий плоский шпатель, разглаживая им порошок в кювете пилообразными движениями так, чтобы уровень порошка точно совпадал с уровнем поверхности кюветы. От этого будет зависеть точность определения параметров ячейки вещества (при несовпадении плоскости появится сдвиг дифрактограммы относительно нуля градусов).

4. Порошок наносится ровным слоем и должен заполнять прямоугольную выемку в кювете. Если образца не хватает для полного заполнения, то в первую очередь заполняют центральная часть выемки. В любом случае уровень слоя порошка должен совпадать с уровнем верхней поверхности кюветы. Наличие крупных (неперемолотых) частиц образца не позволит выполнить эту операцию. После надлежащего нанесения образца на выемку кюветы с её верхней поверхности удаляются избытки порошка, поверхность начисто протирается ватой или бумажной салфеткой.

5. Открыть дверцы дифрактометра. Для этого необходимо нажать кнопку «DOOR LOCK» на дверце.

6. Поместить кювету в дифрактометр, медленно и строго горизонтально вдвигая ее под посадочную плоскость держателя дифрактометра.

7. Закрыть дверцы дифрактометра до щелчка и снова нажать кнопку «DOOR LOCK». После этого можно перейти к съемке дифрактограммы.

2.4.3 Запись дифрактограммы

1. Для начала записи нажать кнопку «Execute measurement».

2. Появится окно «Right Console». Инициализация занимает до 5 минут, в течение которых дифрактометр тестирует свои системы и проверяет соответствие режима съемки с предыдущим режимом. В случае, если предыдущая съемка проходила при других параметрах необходимо на запросы в этом окне нажимать кнопку «Ok» (для прерывания съёмки нажать кнопку «Break»).

3. Появится окно, в котором будет отображаться дифрактограмма:

4. После завершения записи окно «Right Console» должно исчезнуть. После этого можно извлечь из дифрактометра кювету и очистить её ватой или бумажной салфеткой со спиртом.

2.4.4 Завершение работы и выключение прибора

1. Закрыть окна программы «Standart measurement», сохранив условия.

2. В окне «XG operation» на панели «X-Ray control» нажать кнопку «X-Ray off». Цвет кнопки с жёлто-красного должен смениться на серо-чёрный.

3. Подождать не менее 2 минут для завершения работы генератора.

4. На панели «X ? Ray control» нажать кнопку «Power off». Цвет кнопки с жёлто-красного должен смениться на серо-чёрный.

5. Подождать не менее 2 минут для завершения работы блока питания.

6. Закрыть окно «XG operation».

7. Выключить дифрактометр: повернуть ручку на лицевой панели против часовой стрелки с положения «ON» на положение «OFF».

8. Подождать не менее 2 минут для охлаждения трубки.

9. Выключить воду (красная кнопка «OFF» на чиллере).

10. Погасить экран монитора компьютера.

2.5 Методика работы на сканирующем электронном микроскопе Jeol JSM 7001F

В исходном состоянии растровый электронный микроскоп JSM 7001F (фирмы JEOL) откачен до уровня вакуума в камере порядка 10^?4 Па, в катодной части до 10^?8 Па. Вакуумная и охлаждающая системы прибора поддерживают оптимальные показатели круглосуточно. Непосредственно катод микроскопа (термополевого типа) находится в режиме накала постоянно, чтобы избежать осаждения на его поверхности загрязнений. Включение микроскопа осуществляется в два этапа: запуск встроенного в микроскоп компьютера путем нажатия кнопки OPE SW (operation switch), затем запуск персонального компьютера (система Windows XP). В результате этих операций происходит согласование и самонастройка компьютеров и их диагностика. На персональном компьютере установлена специальная программа, интерфейс которой настроен на эффективное управление всеми функциональными узлами микроскопа с помощью мышки, а также небольшого пульта управления. Установка образца на держатель осуществляется оператором либо с помощью винтовых зажимов, либо путем приклеивания образца на двухсторонний проводящий скотч. Перед помещением держателя с образцом в камеру происходит предварительная откачка в промежуточной шлюзовой камере (до 10 ^?4 Па) для сравнивания уровня вакуума с уровнем в камере образцов. Через 3 ? 5 минут возможно установка держателя с образцом в исходное положение. Подвижки столика образцов автоматизированы по 5 ? ти направлениям (X, Y, Z, наклон, поворот). При этом контроль перемещения столика производится визуально с помощью ИК камеры, встроенной в стенку камеры образцов [ckp.rinno.ru/uploads/files/labs/SEM_EL_v.n2.0beta.pdf].

Получение изображения поверхности

1. Нанести порошок на держатель закрепив его на держателе с помощью проводящего скотча.

2. Провести напыление на образец.

3. Поместить держатель в шлюз, откачать и затем поместить в камеру.

4. Задать необходимые параметры пучка (ускоряющее напряжение, ток).

5. Получить четкое изображение поверхности образца при различных увеличениях. Сохранить изображения в память компьютера. При необходимости измерить геометрические размеры объектов на поверхности с помощью специальных средств микроскопа.

2.6 Система термического анализа в составе синхронного термического анализатора (ТГ-ДСК) и квадрупольного масс-спектрометра. Модель STA Netzsch STA 449C «Jupiter» и QMS 403C «Aлolos»

Служит для определения срока службы полимерных изделий, исследование термического поведения твёрдых, жидких и пастообразных веществ (в том числе руд, металлов, шлаков, синтетических материалов) в атмосферах инертных (аргон, азот), восстановительных (водород, метан), окислительных (кислород, воздух) газов - определение температуры и количественная оценка тепловых эффектов плавления/кристаллизации, фазовых переходов, изучение кинетики процессов термической деструкции, определение стадийности и порядка реакций термолиза, анализ химического состава газообразных продуктов термолиза, расчёт теплоёмкости материала.

Основные технические характеристики:

Термоанализатор:

Масса навески - от 1 до 5000 мг;

Тип тиглей - ДСК, ДТА

Материал тиглей - Pt, Au, Al, углерод, корунд

Температура исследования - от комнатной до 1400 °С

Скорость нагрева - от 0,01 до 50 K/мин.

Режимы: изотермический, динамический

Чувствительность по массе - 125 нг.

Точность определения температуры - 0,3 K

Точность определения тепловых эффектов - 5 %

Масс-спектрометр:

диапазон атомных масс - от 1до 300 (а.е.м.)

разрешение > 0,5 а.е.м.

ионизация электронным ударом 70 эВ

порог регистрации > 2•10^?14 мбар (>1 ррм)

основные режимы работы - регистрация в заданном интервале; регистрация избранных массовых чисел

2.7 Методика для расчета брутто-состава

Методика разработана в НОЦ «Нанотехнологии» для полуколичественного определения выделяющихся газообразных продуктов термолиза по площади под кривой ионного тока, записанной на масс-спектрометре.

Сущность метода.

1. Запись термоаналитических и масс-спектрометрических кривых для стехиометрических соединений с известной схемой термической деструкции для навесок с разной массой.

В качестве таких соединений выбрали следующие вещества: нитрат иттрия, сульфат иттрия и карбонат аммония. Схемы их термической деструкции:

Y₂(SO₄)₃kH₂O Y₂O₃ + 3SO₂ + 1,5O₂ + kH₂O. (1)

Записывали термоаналитические (ТГ и ДТА) и масс-спектрометрические (M/Z = 18, M/Z = 44 и M/Z = 64) кривые для навесок, масса которых близка к 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 и 20,0 мг.

2. Вычисление площади под кривыми ионного тока для выделяющихся газообразных веществ проводили следующим образом.

Экспериментальным методом была получена зависимость ионного тока от времени, после чего методом численного интегрирования были получены значения площади под кривыми ионного тока.

3. Построение зависимостей площади под кривой ионного тока от массы выделяющихся газообразных веществ для изученных газов и вычисление углов наклона уравнений S_H2O = f(m_H2O), S_CO2 = f(m_CO2), S_SO2 = f(m_SO2) осуществляли следующим образом.

Производили вычисление масс образующихся газов. Изначально мы имеем какую-то массу навески (m), после термолиза мы определяем потерю массы (Дm), а дальше по формуле (2), находим массу оксида иттрия (m(Y₂O₃)):

m(Y₂O₃) = . (2)

Зная массу оксида иттрия вычисляем количество вещества для оксида иттрия (n(Y₂O₃)), моль, по формуле (3):

n(Y₂O₃) = (3)

где M(Y₂O₃) - молярная масса оксида иттрия, равная 225,82 г/моль. В соответствии с уравнением (1) количество оксида серы, моль, в три раза больше, чем количество оксида иттрия, моль. Таким образом, масса оксида серы (IV) (m(SO₂)) вычисляется по формуле (4):

m(SO₂) = 3n(Y₂O₃)•M(SO₂), (4)

где M(SO₂) - молярная масса оксида серы (IV), равная 64,07 г/моль. Аналогично вычислили массу кислорода (m(O₂)), которая в соответствии с уравнением (1) будет равна (5):

m(O₂) = 1,5n(Y₂O₃)•M(O₂), (5)

где М(О₂) - молярная масса кислорода, равная 16 г/моль. Массу воды вычислили по уравнению (6) как разность между массой навески и массами прочих продуктов термолиза (уравнение (1)):

m(H₂O) = m - m(Y₂O₃) - m(SO₂) - m(O₂). (6)

Количество воды вычисляется по уравнению (7):

n(H₂O) (7)

где M(H₂O) - молярная масса воды, равная 18,02 г/моль.

Коэффициент k, соответствующий количеству воды в сульфате иттрия, в соответствии с уравнением (1) вычисляется по формуле:



k(H₂O).

По полученным данным построили графики, вычислили угловые коэффициенты и коэффициенты корреляции точек с прямой (рисунки 2.1 ? 2.3)

Рисунок 2.1 - Градуировочный график для полуколичественного определения SO₂

Уравнение прямой: S(SO₂) = 81,2m(SO₂). Коэффициент корреляции 0,9912.



Рисунок 2.2 - Градуировочный график для полуколичественного определения СО₂

Уравнение прямой: S(СO₂) = 182,01m(СO₂). Коэффициент корреляции 0,9916.

Рисунок 2.3 ? Градуировочный график для полуколичественного определения Н₂О



Уравнение прямой: S(H₂O) = 409,36m(H₂O). Коэффициент корреляции 0,9707.



3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Анализ TG ? DSC ? MS кривых

иттрий соединение золь гель

Результаты синхронного термического анализа, совмещённого с масс-спектрометрией газообразных продуктов термолиза представлены на рисунках 3.1, 3.2.

Масс-спектрометрические кривые с массовыми числами 18, 44 и 64 соответствуют выделяющимся: воде, углекислому газу и оксиду серы (IV). Высокие температуры, при которых происходит выделение CO₂ и SO₂, говорят о том, что эти газы образуются при разрушении соответственно примесных карбонатов и сульфатов. В последнем случае, теоретически, может образовываться как SO₂, так и SO₃, но экспериментально обнаружено выделение только SO₂ и одновременно кислорода, что связано с настройками используемого масс-спектрометра.

Для всех образцов наблюдается отщепление поровой воды на первом этапе термолиза в температурном интервале от 100 до 200 °С . Далее происходит последовательное выделение связанной влаги, которое происходит в несколько этапов. В основном связанная вода отщепляется до 550 С, однако следует отметить, что во всех образцах наблюдается отщепление некоторого количества воды одновременно с удалением SO₂, что говорит об удерживании некоторого количества воды во внутренних областях образцов.

Углекислый газ выделяется в несколько этапов. Завершение выделения CO₂ наблюдается при температурах до 1000 °С. Оксид серы (IV) выделяется во всех случаях в один этап при температуре около 1100 °С. Эти особенности говорят о том, что несмотря на интенсивную промывку образцов до отсутствия противоионов в промывных водах, противоионы удерживаются в структуре продуктов гидролиза. Вероятно, противоионы находятся во внутренних областях образцов.

Термоаналитические и масс-спетрометрические кривые для образцов 2, 3, 5 ? 9 приведены в приложении А. Расчеты для образцов 1 ? 9 приведены в приложении Б.

Рисунок 3.1 ? Термоаналитические и масс-спетрометрические кривые образца, полученного при рН 8,0; время введения гидролитического агента 5 минут



Рисунок 3.2 ? Термоаналитические и масс-спетрометрические кривые образца, полученного при рН 8,0; время введения гидролитического агента 1 час



Под кривыми масс-спектров были вычислены площади, и с помощью калибровочных графиков рассчитан брутто состав продуктов гидролиза сульфата иттрия (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Рассчитанный брутто состав полученных образцов

Номер образца	Условие	Брутто-формула
1	рН 8,0; 5 мин	Y2O3 •(H2O)8,3•(SO3)0,2 •(CO2)0,2
2	рН 9,0; 5 мин,	Y2O3 •(H2O)5,7•(SO3)0,4 •(CO2)0,4
3	рН 10,0; 5 мин,	Y2O3 •(H2O)3,8•(SO3)0,1 •(CO2)0,1
4	рН 8,0; 1 ч,	Y2O3 •(H2O)6,5•(SO3)0,6 •(CO2)0,6
5	рН 9,0; 1 ч,	Y2O3 •(H2O)6,9•(SO3)0,2 •(CO2)0,2
6	рН 10,0; 1 ч,	Y2O3 (H2O)4,5 (SO3)0,2 (CO2)0,2
7	рН 8,0; 24 ч,	Y2O3 •(H2O)4,3•(SO3)1,6 •(CO2)1,6
8	рН 9,0; 24 ч,	Y2O3 •(H2O)5,1•(SO3)0,7 •(CO2)0,7
9	рН 10,0; 24 ч	Y2O3 •(H2O)4,2•(SO3)0,1 •(CO2)0,1

Значения рН и время введения гидролитического агента оказывают влияние на брутто-состав оксигидроксидов иттрия следующим образом:

– при времени синтеза 5 минут, с увеличением рН происходит уменьшение количества воды, сульфат-ионов;

– при времени синтеза 1 час и 24 часа с увеличением рН уменьшается количество карбонат-ионов;

– при времени синтеза 5 минут, 1 час, 24 часа при рН 8,0 уменьшается количество воды;

– при рН 9 и рН 10 максимальное количество воды и сульфат-ионов наблюдается при времени введения гидролитического агента 1 час.

При рассмотрении термоаналитических кривых и масс-спектров, полученных для образцов, синтезированных при быстром введении гидролитического агента (5 минут), наблюдается тенденция к уменьшению значения площади экзо-эффекта, наблюдаемого на ДСК кривой при температуре 740 °С . Анализ приведённых данных показал, что с увеличением рН в образцах наблюдается уменьшение количества примесных сульфат-ионов и связанной воды. Количественное содержание карбонат-ионов во всех образцах существенно не различаются. При сравнении термоаналитических кривых, полученных при рН выше рН точки нулевого заряда (рН 10), при разном времени введении гидролитического агента на кривых ДСК наблюдается максимальное значение площади экзо-эффекта при времени введения гидролитического агента 1 час, так же при этом времени введения наблюдается максимальное количество не вытесненных ионов SO₄^2? , содержание воды и карбонат-ионов в образцах существенно не различаются. Для рН ниже рН точки нулевого заряда (рН 8), при времени введения гидролитического агента 1 час, так же наблюдается максимальное количество сульфат-ионов.

3.2 Анализ дифрактограмм полученных образцов

Исследованы образцы, полученные золь-гель методом при разных значениях рН. Время синтеза составляло 5 минут, 1 час, 24 часа.

Результаты рентгенодифракционного анализа образцов представлены на рисунках 3.3, 3.4.

Для всех соединений полученных щелочным гидролизом сульфата иттрия золь-гель методом характерно формирование низко кристалличных структур, близких к аморфному состоянию. Типичная дифрактограмма представлена на рисунке 3.

Наблюдаемое возникновение экзо-эффекта на термоаналитических кривых ДСК в области 680 °С может свидетельствовать о формировании новой кристаллической фазы. Для подтверждения данного предположения образцы прокалили в атмосфере аргона до температуры 600 °С и 760 °С , что соответствует температурам начала и конца экзо-эффекта. После прокаливания был проведен ренгенофазовый анализ, который подтвердил предположение о формировании кристаллической фазы. На рисунке 3.4 приведена полученная после прокаливания кривая XRD.

Как видно из дифрактограмм (см. рисунок 3.4.) после нагрева до 760 С действительно образуется кристаллическая фаза. Следует отметить, что по имеющейся в комплекте к дифрактометру базе данных идентифицировать полученное кристаллическое вещество не удалось.

Рисунок 3.3 ? Типичная дифрактограмма образцов



Рисунок 3.4 ? Дифрактограммы образцов обладающие экзо-эффектом полученные после прокаливания при Т = 600 °С и Т = 760°С

3.3 Анализ электронных микрофотографий

В данной работе исследования проводились на сканирующем электронном микроскопе JSM 7001F фирмы JEOL (Япония) с системой микроанализаторов фирмы Oxford Instruments (Великобритания). Поверхность исследовалась в режиме вторичных и отраженных электронов.

Ренгенофлуоресцентный анализ осуществляли с помощью энергодисперсионного спектрометра Oxford INCA X-max 80, установленного на этом микроскопе. Спектрометр позволяет анализировать элементы с атомными номерами от 5 (В) до 92 (U).

На рисунках 3.5 - 3.9 представлены характерные микрофотографии полученных золь-гель методом соединений иттрия при рН 8,0, 9,0, 10,0. Время синтеза во всех случаях составляло 24 часа.

На микрофотографиях образцов, полученных при 24 часовом введении гидролитического агента, наблюдается уменьшение размера частиц с увеличением pH. Исследования SEM изображений показало, что время введения гидролитического агента оказывает влияние на морфологию образовывающихся структур. Это подтверждается результатами термического анализа. С увеличением времени введения гидролитического агента, происходит утончение формирующихся пластин, образуются более рыхлые структуры.

Рис. 3.5 - Микрофотографии образца с увеличением 50000 и 5000, полученного золь-гель методом при рН 8,0, время синтеза 24 часа

Рис. 3.6 - Микрофотографии образца с увеличением 50000 и 5000, полученного золь-гель методом при рН 9,0, время синтеза 24 часа



Рис. 3.7 - Микрофотографии образца с увеличением 50000 и 5000, полученного золь-гель методом при рН 10,0, время синтеза 24 часа

При других условиях образцы состоят из чешуек небольшого размера, соединенные в более крупные агрегаты. При рН 8,0 частицы имеют размер около 100 нм, при повышении рН размеры частиц увеличиваются до 150 ? 200 нм.

Рис. 3.8 - Микрофотографии образца с увеличением 50000 и 5000, полученного золь-гель методом при рН 10,0, время синтеза 5 минут, гидролитический агент NaOH



Рис. 3.9 - Микрофотографии образца с увеличением 50000 и 5000, полученного золь-гель методом при рН 10,0, время синтеза 1 час, гидролитический агент NaOH



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных исследований в работе сделаны следующие выводы:

1. Для всех соединений полученных щелочным гидролизом сульфата иттрия золь-гель методом характерно формирование аморфных структур.

2. В образцах со временем синтеза 1 час обнаружено формирование кристаллической фазы в интервале температур 600-740 °С, сопровождающееся выделением СО₂ и Н₂O. Это подтверждается наличием экзо-эффекта на ДСК кривой и результатами рентгенофазового анализа.

3. Чистый гидроксид иттрия не образуется ни при каких условиях. Для всех образцов наблюдается выделение продуктов термического разрушения карбонат- и сульфат-ионов при температурах до 1000 и 1100 °С соответственно, что говорит о включении противоионов во внутренние области продуктов гидролиза сульфата иттрия.

4. Время синтеза и рН оказывают влияние на брутто-состав соединений. При времени введения гидролитического агента 1 ч и рН синтеза 10 образуются образцы, состоящие из гранул диаметром 100 - 200 нм. Образцы полученные при данных условиях синтеза могут быть рекомендованы для применения в качестве катализаторов. При рН 10 и времени синтеза 5 мин. образцы содержат минимальное количество примесных ионов и могут быть рекомендованы для применения в синтезе люминофоров.



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Yttrium and rare earth compounds catalyzed lactone polymerization/ Stephan J., Neville E. // United States Patent № 5028667 - Application Number 07/414964 - Publication date 07.02.1991.

2 Lenin, R. Yttrium (III) Chloride: A simple and anefficient catalyst for the synthesis of1, 4-dihropyridines (Hantzsch pyridines) / R. Lenin, R. M. Raju, Y. Venkateswarlu // International Journal of Scientific & Engineering Research. - 2015 - V. 6.? P. 1788-1791.

3 Li, N. Controlling the morphology of yttrium oxide through different precursors synthesized by hydrothermal method / N. Li, K. Yanagisawa // Journal of Solid State Chemistry.? 2008. - N 181. - P. 1738-1743.

4 Yuanzhou, X. Intercalation of Ethylene Glycol into Yttrium Hydroxide Layered Materials / X. Yuanzhou, R.J. Davis // Inorg. Chem,? 2010. - N 49. - P. 3888-3895.

5 Dupont, A. Size and morphology control of Y₂O₃ nanopowders via a sol-gel route /A. Dupont, C. Parent, B. Le Garrec, J.M. Meintz // J. Solid State Chemistry.? 2008. - V. 171, P. 152-160.

6 Avdin, V.V. Preparation of layered yttrium oxide by hydrolysis of yttrium nitrate / V. V. Avdin, E.P. Yudina, I.V. Krivtsov // Materials Science Forum.? 2016. - V. 843. - P. 10-15.

7 Wang, X. Synthesis and Structures of Yttrium - Transition Metal Sulfates YM(OH)₃(SO₄), M = Ni, Cu / X. Wang, L. Liu, A.J. Jacobson // J. Solid State Chemistry.? 1999. - V. 147. - P. 641-646.

8 Wang, X Synthesis and crystal structures of yttrium sulfates Y(OH)(SO₄), Y(SO₄)F, YNi(OH)₃(SO₄)-II and Y₂Cu(OH)₃(SO₄)₂F·H₂O / X. Wang, L. Liu, K. Ross, A.J. Jacobson // Solid State Sciences, 1998. - V. 2. - P. 109-118.

9 Рябчиков, Д.И. Аналитическая химия редкоземельных элементов и иттрия / Д.И. Рябчиков, В.А. Рябухин. - М.: Наука, 1966. - 379 с.

10 Смирнов, В.М. Структурирование на наноуровне - путь к конструированию новых твердых веществ и материалов / В.М. Смирнов // Журнал общей химии. - 2002. - Вып. 72. - №4. - С. 633?650.

11 Farjas, J. Thermoanalytical study of the formation mechanism of yttria fromyttriumacetate / J. Farjas, J. Campsa, P. Roura et al. // Thermochim. Acta. - 2011. - V. 525. - P. 84-89

12 Kaygorodov, A.S. Fabrication of Nd:Y₂O₃ transparent ceramics by pulsed compaction and sintering of weakly agglomerated nanopowders / A.S. Kaygorodov, V.V. Ivanov, V.R. Khrustov, Yu.A. Kotov, et al. // Journal of the European Ceramic Society. - 2007 - P. 1165 ? 1169.

13 Osipov, V.V. Production of nanopowders of oxides by means of fiber and pulse-periodical CO₂ lasers / V.V. Osipov, V.V. Platonov, V.V. Lisenkov, A.V. Podkin and E.E. Zakharova // Physica Status Solidi (c). - 2013. - V. 10, - №6 - P. 926?932

14 Liu, Y. Synthesis of nanostructured Nd:Y₂O₃ powders by carbonate-precipitation process for Nd:YAG ceramics / Y. Liu, X. Qin, H. Xin, C. Song // Journal of the European Ceramic Society. - 2013. - V. 33 - P. 2625?2631.

15 Li, J.S. Synthesis of nanocrystalline yttria powder and fabrication of Cr, Nd: YAG transparent ceramics / J. Li, W. Liu, B. Jiang, J. Zhou, W. Zhang, L. Wang, Y. Shen, Y. Pan, J. Guo // Journal of Alloys and Compounds. - 2012. - V. 515. - P. 49?56.

16 Мищихина, Е.А. Синтез наночастиц Y(OH)CO₃ и Y₂O₃ при использовании жидких межфазных границ и дальнейшая модификация их поверхности палладием / Е.А. Мищихина, Э.А. Христич, Е.В. Проскурякова, В.И. Попенко, Л.И. Богуславский, В.В. Фомичев, Т.М. Буслаева // Химия и технология неорганических материалов. - 2011. - Т. 6, №6. - С. 93 ? 98.

17 Li, J.S. Synthesis of Dispersed Y₂O₃ Nanopowder from Yttrium Stearate / J.S. Li, X.D. Sun, S.H. Liu, D. Huo, X.D. Li, J.G. Li, Q. Zhu, M. Zhang // 3rd International Conference on Testing and Evaluation of Inorganic Materials Location. - 2013. - V. 544. - P. 3 ? 7.

18 Sohn, S. Synthesis and characterization of near-monodisperse yttria particles by homogeneous precipitation method / S. Sohn, Y. Kwon, Y. Kim, D. Kim // Powder Technology. - 2004 - V. 142. - Is.2?3. - P. 136?153

19 Tomaszewski, H. Crystallization of yttria under hydrothermal conditions / H. Tomaszewski, H. Weglarz, R. De Gryze // Journal of European Ceramic Society. - 1997 -V. 17 - P. 403?406.

20 Weifan, C. Synthesis of nano-sized yttria via a sol-gel process based on hydrated yttrium nitrate and ethylene glycol and its catalytic performance for thermal decomposition of NH₄ CL0₄ / C. Weifan, L. Fengsheng, L. Leili // Journal of rare earths. - 2006. - V. 24 - P. 54-58.

21 Tang, Q. Synthesis of yttrium hydroxide and oxide nanotubes/ Zhaoping, L., Shu, L., Shuyuan, Z., Xianming, L.//Journal of Crystal Growth. -2009.V 9 ? P. 978-981.

22 Yongiu, L. Preparation and сharacterization of porous yttrium oxide powders with high specific surface area / L. Yongiu, L. Xiaoyun, W. Yizheng // Journal of rare earths. - 2006. - V. 2 - P. 34-38.

23 Mao, Y. Ion induced modification of structural and photoluminescence properties of Y₂O₃:Eu³⁺/Tb³⁺ nanophosphors: A Comparative study / J.Y. Huang, R. Ostroumov, K. L Wang, J.Chang,. // P.J. Phys. Chem. ? 2008. - V.3? P. 2?5.

24 Yongiu, L. Preparation and сharacterization of porous yttrium oxide powders with high specific surface area / L. Yongiu, L. Xiaoyun, W. Yizheng // Journal of rare earths. - 2006. - V. 24 - P. 34-38.

25 Weifan, C. Synthesis of nano-sized yttria via a sol-gel process based on hydrated yttrium nitrate and ethylene glycol and its catalytic performance for thermal decomposition of NH₄ CL0₄ / C. Weifan, L. Fengsheng, L. Leili // Journal of rare earths - 2006. - V. 24 - P. 543-548.

26 Wen, L. Synthesis of yttria nanopowders for transparent yttria ceramics / L. Wen, X. Sun, Q. Lu et al. // Optical Materials. - 2006. - V. 29 - P. 239-245.

27 Михайлов, М.Д. Синтез и исследование структуры наночастиц оксидов Y₂O₃:Eu / М.Д. Михайлов, А.В. Семенча, И.Е. Колесников, А.А. Маньшина // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 2 - С. 10?18

28 Исмагилов, З.Р. Синтез и стабильность наноразмерного диоксида титана/ З. Р. Исмагилов // Успехи химии. - 2009. - №9. - С. 942 - 953.

29 Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии: учебник / А.И. Гусев. - М.: Физматлит. ? 2007. - 416 с.

30 Дребущак, В.А. Термический анализ: учебное пособие / В.А. Дребущак, Г.Ю. Шведенков. - Новосибирск: Новосибирский госуниверситет.? 2003. - 114 с.

31 Альмяшев В.И. Термические методы анализа: учеб. пособие / СПбГЭТУ (ЛЭТИ). - СПб., 1999. - 40 с.

32 Егунов В.П. Введение в термический анализ: монография. - Самара, 1996. - 270 с.

33 Я. Шестак. Теория термического анализа. - М.: Мир, 1987 - С. 156.

34 Ульянов, А.В. Хромато-масс-спектрометрия и молекулярно-статистические расчеты производных циклопропана и дифенила / А.В. Ульянов - М. Мир:, 2000. - 18 с.



ABSTRACT

Ovinova A.S. Obtaining oxygen containing compounds of lanthanum which contains from lanthanum nitrate by the sol-gel method - Chelyabinsk: SUSU, Chem - 451, 2017. - 44 p., 36 fig., 1 table, 25 references.

Lanthanum nitrate, lanthanum oxide, thermal analysis, hydrolytic agent, sol-gel method, hydrolysis, thermoanalytical curves.

The research object was lanthanum nitrate hydrolysis products obtained by the sol-gel method at different final pH values of the synthesis.

The aim of this work was to study the effect of final pH of the synthesis, hydrolytic agents on the composition and properties of the hydrolysis products of lanthanum nitrate.

To achieve the goal of scientific ? research work the following tasks were set:

1. To obtain test lots gels of lanthanum ohyhydroxide at pH of 8.5, 9.0, 10.0, 11.0, 11.5 at the rates of hydrolytic agent introduction of 5 24 h;

2. To study of the samples by thermogravimetry differential thermal analysis;

3. Quantitative determination of the composition of samples using mass spectrometry;

4. To compare the experimental results and to draw conclusions about the structure formation of yttrium oxyhydroxides and physicochemical properties of the gels obtained by hydrolysis of lanthanum nitrate at the pH values above the pH of zero charge point.



ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Рисунок А.1 ? Термоаналитические и масс-спетрометрические кривые образца, полученного при рН 9,0; время введения гидролитического агента 5 минут



Рисунок А.2 ? Термоаналитические и масс-спетрометрические кривые образца, полученного при рН 10,0; время введения гидролитического агента 5 минут



Рисунок А.3 ? Термоаналитические и масс-спетрометрические кривые образца, полученного при рН 9,0; время введения гидролитического агента 1 час



Рисунок А.4 ? Термоаналитические и масс-спетрометрические кривые образца, полученного при рН 10,0; время введения гидролитического агента 1 час



Рисунок А.5 ? Термоаналитические и масс-спетрометрические кривые образца, полученного при рН 8,0; время введения гидролитического агента 24 часа



Рисунок А.6 ? Термоаналитические и масс-спетрометрические кривые образца, полученного при рН 9,0; время введения гидролитического агента 24 часа



Рисунок А.7 ? Термоаналитические и масс-спетрометрические кривые образца, полученного при рН 10,0; время введения гидролитического агента 24 часа

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Под кривыми масс-спектров были вычислены площади, и с помощью калибровочных графиков рассчитан брутто состав продуктов гидролиза сульфата иттрия.

Расчет для образца 1: m(обр) = 12,28 мг - масса образца; ?m = 36 % - потеря массы при термолизе.

m(обр) = m(Y₂O₃) + m(SO₂) + m(H₂O) + m(CO₂).

Расчет масс для предложенных веществ:

m(Y₂O₃)

где m(Y₂O₃) - масса оксида иттрия (III).

m(H₂O) = = 5,19 мг,

где m(H₂O) - масса воды;

- площадь под кривой масс-спектра M/Z = 18.

m(SO₂) = S(M/Z = 64) = 277,34 = 3,74 мг,

где m(SO₂) ? масса оксида серы (IV);

- площадь под кривой масс-спектра M/Z = 64.

m(CO₂) = = 0,29 мг,

где m(CO₂) - масса оксида углерода (IV);

- площадь под кривой масс-спектра M/Z = 44.

M(Y₂O₃) = 226 г/моль; n(Y₂O₃) ,

где m(Y₂O₃) - молярная масса оксида иттрия (III) ;

n(Y₂O₃) - количество вещества оксида иттрия (III).

M(SO₂) = 64 г/моль; n(SO₄^2?) ,

где M(SO₂) ? молярная масса оксида серы (IV);

n(SO₄^2?) - количество вещества сульфат-иона.

M(H₂O) = 18 г/моль; n(H₂O)

где M(H₂O) - молярная масса воды;

n(H₂O) - количество вещества воды.

M(CO₂) = 44 г/моль; n(CO₃^2?),

где M(CO₂) - молярная масса оксида углерода (IV);

n(CO₃^2?) - количество вещества углекислого газа.

Y₂O₃ (H₂O)_х (SO₄)_y(CO₃)_z

x = = 14,7

y = = 3,6

z = = 0,4



Рассчитанная брутто формула:

Y₂O₃ •(H₂O)_14,7•(SO₄)_3,6 •(CO₃)_0,4

Расчет для образца 2: m(обр) = 24,46 мг - масса образца; ?m = 36 % - потеря массы при термолизе.

m(обр) = m(Y₂O₃) + m(SO₂) + m(H₂O) + m(CO₂).

Расчет масс для предложенных веществ:

m(Y₂O₃)

где m(Y₂O₃) - масса оксида иттрия (III).

m(H₂O) = = 6,57 мг,

где m(H₂O) - масса воды;

- площадь под кривой масс-спектра M/Z = 18.

m(SO₂) = S(M/Z = 64) = 339,34 = 3,65 мг,

где m(SO₂) ? масса оксида (IV);

- площадь под кривой масс-спектра M/Z = 64.

m(CO₂) = = 0,78 мг,

где m(CO₂) - масса оксида углерода (IV);

- площадь под кривой масс-спектра M/Z = 44.

M(Y₂O₃) = 226 г/моль; n(Y₂O₃) ,

где m(Y₂O₃) - молярная масса оксида иттрия (III);

n(Y₂O₃) - количество вещества оксида иттрия (III).

M(SO₄^2?) = 64 г/моль; n(SO₄^2?),

где M(SO₂) ? молярная масса оксида серы (IV);

n(SO₄^2?) - количество вещества сульфат-иона.

M(H₂O) = 18 г/моль; n(H₂O)

где M(H₂O) - молярная масса воды;

n(H₂O) - количество вещества воды.

M(CO₂) = 44 г/моль; n(CO₃^2?),

где M(CO₂) - молярная масса оксида углерода (IV);

n(CO₃^2?) - количество вещества карбонат-иона.

Y₂O₃ •(H₂O)_х•(SO₄)_y•(CO₃)_z

x = = 10,1

y = = 2,2

z = = 0,9

рассчитанная брутто формула:



Y₂O₃ •(H₂O)_10,1•(SO₄)_2,2 •(CO₃)_0,9

Расчет для образца 3: m(обр) = 10,60 мг - масса образца; ?m = 36 % - потеря массы при термолизе.

m(обр) = m(Y₂O₃) + m(SO₂) + m(H₂O) + m(CO₂).

Расчет масс для предложенных веществ:

m(Y₂O₃)

где m(Y₂O₃) - масса оксида иттрия (III).

m(H₂O) = = 2,08 мг,

где m(H₂O) - масса воды;

- площадь под кривой масс-спектра M/Z = 18.

m(SO₂) S(M/Z = 64) = 65,90 = 0,81 мг,

где m(SO₂) ? масса оксида;

- площадь под кривой масс-спектра M/Z = 64.

m(CO₂) = = 0,13 мг,

где m(CO₂) - масса оксида углерода (IV);

- площадь под кривой масс-спектра M/Z = 44.



M(Y₂O₃) = 226 г/моль; n(Y₂O₃) ,

где M(Y₂O₃) - молярная масса оксида иттрия (III);

n(Y₂O₃) - количество вещества оксида иттрия (III).

M(SO₂) = 64 г/моль; n(SO₄^2?) ,

где M(SO₂) ? молярная масса оксида серы (IV);

n(SO₄^2?) - количество вещества сульфат-иона.

M(H₂O) = 18 г/моль; n(H₂O)

где M(H₂O) - молярная масса воды;

n(H₂O) - количество вещества воды.

M(CO₂) = 44 г/моль; n(CO₃^2?),

где M(CO₂) - молярная масса оксида углерода (IV);

n(CO₃^2?) - количество вещества карбонат-иона.

Y₂O₃ •(H₂O)_х•(SO₄)_y•(CO₃)_z

x = = 6,8

y = = 1

z = = 0,2

рассчитанная брутто формула:



Y₂O₃ •(H₂O)_6,8•(SO₄)₁ •(CO₃)_0,2

Расчет для образца 4: m(обр) = 6,15 мг - масса образца; ?m = 36 % - потеря массы при термолизе.

m(обр) = m(Y₂O₃) + m(SO₂) + m(H₂O) + m(CO₂).

Расчет масс для предложенных веществ:

m(Y₂O₃)

где m(Y₂O₃) - масса оксида иттрия (III).