ИК-спектрометрическое исследование алюмофосфатного стекла

Краткое сообщение ______________________________________ Уткина Д.В. и Стефановский С.В.

Размещено на http://www.allbest.ru/

152 ____________ http://butlerov.com/ ______________ ©--Butlerov Communications. 2016. Vol.46. No.6. P.151-153.

151 ________ ©--Бутлеровские сообщения. 2016. Т.46. №6. _________ г. Казань. Республика Татарстан. Россия.

ИК-спектрометрическое исследование алюмофосфатного стекла

Уткина* Дарья Вячеславовна

и Стефановский² Сергей Владимирович

¹ Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. Миусская пл., 9.

г. Москва, 125047. Россия. Тел.: (499) 978-85-20. E-mail: priem@muctr.ru

² Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

(ИФХЭ РАН). Ленинский проспект, 31, корп.4. г. Москва, 119071. Россия.

Тел.: (495) 954-86-73 E-mail: AKBuryak@ipc.rssi.ru

Аннотация

Методом инфракрасной спектроскопии изучено влияние оксидов редкоземельных элементов на изменение структуры стекол серии номинальных составов (мол.%): 40 Na₂O, 20 Al₂O₃, 40 P₂O₅. Пока-зано, что введение оксидов редкоземельных элементов в стекло базового состава изменяет инфракрасный спектр, то есть структуру стекла. Происходит снижение интенсивности полос 900-950 см^-1 и 700-750 см^-1. Кроме этого, наблюдается перераспределения интенсивностей 1000-1100 и 1150-1200 см^-1 в пользу 1000-1100 см^-1 и усиление поглощения в диапазоне 400-500 см^-1. Эти изменения можно объяснить деполимеризующим действием ионов редкоземельных элементов, которые даже при низких концент-рациях изменяют структурную сетку фосфатного стекла.

Ключевые слова: алюмофосфатное стекло, оксиды редкоземельных элементов.

ион элемент редкоземельный

Аbstract

The effect of the oxides of rare earth elements on the structure change of glass series with the nominal compositions (mol.%): 40 Na₂O, 20 Al₂O₃, 40 P₂O₅ have been studied by infrared spectroscopy method. It is shown that the introduction the oxides of rare earth elements into the glass base composition change an infrared spectrum, that is, the structure of the glass. There is a decrease in intensity of the bands 900-950 cm^-1 and 700-750 cm^-1. In addition, there is observed the redistribution of intensities 1000-1100 and 1150-1200 cm^-1 in favor of the 1000-1100 cm^-1 and increased absorption in the range 400-500 cm^-1. These changes can be explained depolymerizing effect of ions of rare earth elements which even at low concentrations alter the structural grid of the phosphate glass.

Keywords: alumophosphate glass, oxides of rare earth elements.

Введение

Стекла применяются в качестве упаковки лекарственных средств. В частности, алюмофосфатные стекла с редкоземельными элементами (РЗЭ) находят применение в оптике [1]. Также алюмофос-фатные стеклаиспользуются как матрицы для радиоактивных отходов (РАО) [2]. Всвязи с чем пред-ставляет интерес изучение их структуры, в частности с помощью инфракрасной (ИК) спектрометрии.

Нами изучалось влияние оксидов редкоземельных элементов на структуру натрий-алюмофосфатного стекла состава (мол.%) 40 Na₂O, 20 Al₂O₃, 40 P₂O₅(1). В состав стекла РЗ-1 сверх 100 % масс. вводили 1 г Се₂О₃ (2), 1 г La₂O₃ + 4 г Се₂О₃ (3) и по 5 г CeO₂ (4), Eu₂O₃ (5), EuO (6) и Gd₂O₃(7). Стекла синтезировали в кварцевых тиглях в печи сопротивления при температуре 1300 ^оС. Расплавы выливали на металлический лист.

Экспериментальная часть

ИК-спектры записывали на Фурье-спектрометре Shimadzu IR Prestige-21. Образцы готовилиме-тодом прессования порошков стекол в таблетки с KBr (1 мг стекла на 150 мг KBr). ИК-спектры стекол показаны на рис. 1.

Результаты и их обсуждение

ИК спектры стекол состоят из полос 3200-3600 см^-1 и 1630-1660 см^-1, относящихся к валент-ным и деформационным колебаниям в молекулах структурно-связанной и абсорбированной воды, широких интенсивных полос в диапазонах 800-1400 см^-1 и ниже 600 см^-1, небольшой по интенсив-ности полосы при 700-800 см^-1, а также плеча около 600 см^-1, которые вызваны валентными и деформа-ционными колебаниями в алюмофосфорнокислородной сетке стекол.

Наиболее интенсивная полоса 800-1400 см^-1 представляет собой наложение нескольких перекрывающихся полос (рис. 2) антисимметричных (_as) и симметричных (_as 1000-1100 см^-1) валентных колебаний связей О-Р-О в пирофосфатных Р₂О₇^4-(1150-1200 и 1000-1100 см^-1) и ортофосфатных РО₄^3- (1000-1100 и 950-1000 см^-1) группах, а также мостикам P-O-Al. Полосы 900-950 см^-1 и 700-750 см^-1 соответствуют _as и _s колебаниям мости-ковых связей Р-О-Р в пирофосфатных группах [3]. В полосу 700-750 см^-1 вносят вклад колебания связей O-Al-O в алюмокислородных тетраэдрах AlO₄ [3,4], а плечо около 600 см^-1 можно приписать колебаниям связей в пирамидах AlO₅ [4] (рис. 2). Ниже 600 см^-1 локализованы деформационные колебания в фосфорно-кислородных группах, а также колебания в октаэдрах AlO₆ [4, 5].

Заключение

Введение оксидов РЗЭ в стекло базового состава приводит к незначительным изменениям вида спектров (рис. 1 и 2) и, следовательно, структуры стекла. А конкретно - к снижению интенсивности полосы 900-950 см^-1 и менее заметного полосы 700-750 см^-1, перераспределения интенсивностей 1000-1100 и 1150-1200 см^-1 в пользу первой, а также усиления поглощения в диапазоне 400-500 см^-1 (рис. 1). Указанные изменения наиболее про-явлены в спектрах стекол 3 и 4 и их можно объяснить деполимеризующим действием ионов РЗЭ, в результате чего доля изолированных орто-групп РО₄ в структуре стекла возрастает, а пиро-групп - убывает. Соответственно, уменьшается и интенсивность полос мостиковых связей Р-О-Р. Кроме того, повышается доля алюминия в октаэдрическом кислородном окружении относительно других алюмокислородных групп.

Выводы

В целом, оксиды РЗЭ даже при низких концентрациях оказывают деполимеризующее действие на структурную сетку фосфатного стекла.

Литература

[1] Химическая технология стекла и ситаллов. Под.ред. Н.М. Павлушкина. М.: Стройиздат. 1983. 432с.

[2] Фосфатные стекла с радиоактивными отходами. Под ред. А.А. Вашмана и А.С. Полякова. М.: ЦНИИатоминформ. 1997. 172с.

[3] Лазарев А.Н., Миргородский А.П., Игнатьев И.С. Колебательные спектры сложных окислов. Л.: Наука. 1973. 298с.

[4] Анфилогов В.Н., Быков В.Н., Осипов А.А. Силикатные расплавы. М.: Наука. 2005. 357с.

[5] Плюснина И.И. Инфракрасные спектры силикатов. М.: Издательство Московского университета. 1967. 189с.

Размещено на Allbest.ru