Недавно было опубликовано сообщение о синтезе нового вещества

Обновлено: 04.07.2024

Ученые из Института физики имени Л.В. Киренского (ИФ) СО РАН и Сибирского федерального университета (СФУ) вместе с российскими и иностранными коллегами определили кристаллическую структуру и характеристики нового, случайно полученного вещества. Эти данные помогут исследователям найти оригинальные подходы к синтезу светящихся веществ. Результаты работы были опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.

Свойства кристаллических веществ во многом определяются их атомарным строением, то есть тем, из каких атомов состоит кристалл и как они расположены относительно друг друга. Чтобы установить структуру вещества, ученые используют рентгеновское или нейтронное излучение: испускаемые волны после взаимодействия с кристаллом отклоняются от начальной траектории, и на расположенном за объектом экране появляются дифракционные картины, уникальные для каждого типа кристалла. Анализ этих изображений позволяет измерить электронную или ядерную плотность вещества, по которой можно восстановить атомарную структуру, используя как целый кристалл, так и порошок. Второй случай технически более сложен и требует особого профессионализма. С ним столкнулись в ходе своей работы ученые из ИФ СО РАН и СФУ. Физикам никак не удавалось получить кристалл из порошка, а без исследования структуры обнаруженные у него люминесцентные свойства (возбуждение, эмиссия, цвет излучения) не дают глубоких знаний. Кроме того, невозможно подтвердить даже чистоту вещества: оно может состоять просто из смеси участников реакции, в ходе которой его получили. Поэтому авторам было необходимо провести структурные исследования.

В ходе гидротермальной реакции при магнитном перемешивании при комнатной температуре ученые по каплям добавляли к раствору La(NO₃)₃ раствор Na₂WO₄. Авторы обнаружили неизвестное ранее соединение, которое можно избавить от жидкости до NaLa(WO₄)₂ путем прокаливания на воздухе при ~350 °С, что является довольно низкой температурой для подобных реакций.

В результате выяснилось, что соединение действительно уникально. Более того, оно оказалось прекурсором — веществом-исходником, участвующим в синтезе известных, практически важных соединений, люминофоров. Это вещества, которые излучают свет определенного цвета при воздействии на них ультрафиолетом.

Так как полученное вещество было абсолютно новым, ученых заинтересовали его свойства. После общего исследования авторы сконцентрировались на изучении люминесценции (способность вещества светиться) и термического разложения, которое происходит только при высоких температурах (350 °С). Физики посчитали эти свойства наиболее перспективными для применения на практике.

Авторы отметили, что работа в большей степени имеет фундаментальную значимость, нежели практическую. Это происходит потому, что новый материал при допировании (умышленное загрязнение чистого вещества) землями, редко встречающимися в природе, хоть и излучает в широком спектре, но не может применяться на практике, так как энергия выхода очень мала.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Университета Бохай, Северо-Восточного университета (Китай) и Национального института материаловедения (Япония).

Подобраны задания олимпиадного уровня на вывод формул веществ с решениями.

Вложение	Размер
vyvod_formuly.docx	71.03 КБ

Предварительный просмотр:

Вещество состоит из элементов Х и Y, находящихся в одном периоде, и имеет формулу XY. Водородные соединения элементов X и Y содержат 21.43% и 17.65% (по массе) водорода, соответственно. Определите вещество XY. Какими интересными свойствами оно обладает? (Самара, 2015)

1. Определим атомную массу элемента X. Запишем формулу соединения элемента X с водородом в общем виде как XНn (где n – число атомов Н, равное валентности элемента X (т.к. водород всегда одновалентен)). Отсюда, молекулярная масса XНn равна: М(XНn) = А(X) + n∙А(Н).

Составим пропорцию и находим (полагая, что А(Н)=1 г/моль):

М(XНn) = А(X) + n∙А(Н) = (n∙А(Н)∙100%)/21.43 % = 4.67∙n г/моль.

Отсюда, А(X) = 4.67∙n – n = 3.67∙n. Условию задачи удовлетворяет случай при n=3. А(X)=11 г/моль. Элемент X – бор (В), элемент второго периода.

2. Определим атомную массу элемента Y. Запишем формулу соединения элемента Y с водородом в общем виде как YНn (где n – число атомов Н, равное валентности элемента Y (т.к. водород всегда одновалентен)). Отсюда, молекулярная масса YНnравна:М(YНn) = А(Y) + n∙А(Н).

Составим пропорцию и находим (полагая, что А(Н)=1 г/моль):

М(YНn) = А(Y) + n∙А(Н) = (n∙А(Н)∙100%)/17.65 % = 5.67∙n г/моль.

Отсюда, А(Y) = 5.67∙n – n = 4.67∙n. Условию задачи удовлетворяет случай при n=3. А(Y)=14 г/моль.

Элемент Y – азот (N), элемент второго периода.

Итак, вещество XY – нитрид бора BN.

3. Охарактеризуем нитрид бора:

Нитрид бора (BN) образуется при взаимодействии при высокой температуре бора с азотом, а также бора или В2О3 с аммиаком (гексагональнаграфитоподобнаяя модификация). Это кристаллическое соединение, весьма инертное и термостойкое. Существует в виде полимера, его кристаллическая решетка состоит из слоёв, образованных из шестичленных колец, в которых чередуются поляризованные атомы B и N (рис.1(а)). Показанные на рис.1(а) двойные связи приведены условно, поскольку в действительности -связи здесь как и в бензоле делокализованы. Элементы В и N расположены в периодической системе по обе стороны от С, поэтому соединение ВN можно рассматривать как гетероатомный аналог графита. Как и графит, он легко разделяется на чешуйки, жирный на ощупь, но, в отличие от графита, бесцветен и неэлектропроводен.

В условиях высоких давления и температуры (6.0-8.5 ГПа, 1500-1800 ºС) гексагональный нитрид бора переходит в кубическую алмазоподобную модификацию (рис.1(б)), которая имеет несколько технических названий (эльбор, кубонит, боразон). Это бесцветное неэлектропроводящее кристаллическое вещество, обладающее сверхвысокой твёрдостью. По твёрдости оно лишь немного уступает алмазу, но значительно превосходит его по термостойкости, выдерживает нагревание на воздухе до 2000 ºС (алмаз, например, сгорает уже при 800 ºС). В кубическом BN, как и в алмазе, окружение атомов тетраэдрическое (sp3-гибридизация). Одна из связей в кубическом BN донорно-акцепторная, она образуется за счет неподелённой электронной пары атома азота и свободной атомной орбитали бора.

Ответ: нитрид бора BN

Формула оксида будет имеет вид Э2О7. Запишем выражение для молярной массы оксида: М(Э2О7) = 2A(Э) + 7A(O) = 2Ar(Э) + 112.

Массовая доля элемента в оксиде равна ω(Э) = 100 – 61.2 = 38.8 (%).

Для определения атомной массы элемента составим пропорцию:

112 массовых частей составляют 61.2%

2A(Э) массовых частей составляют 38.8%

A(Э) = 112∙38.8 / (2∙61.2) = 35.5 (г/моль).

Атомная масса 35.5 г/моль соответствует элементу хлору. Формула оксида – Cl2O7.

3.9-3. Определите формулу соли, если известно, что она состоит из трѐх элементов: азота, водорода и кислорода. Массовая доля азота в ней составляет 43,75 %. Известно, что при нагревании этой соли не образуется твердого остатка. Напишите уравнение реакции термического разложения этой соли (Москва-2010).

1) Соли состоят из катионов и анионов. Так как не остается твердого остатка, значит, в состав катиона и аниона входит азот. Возможные варианты: катион аммония и анион, содержащий азот, нитрат или нитрит.

NH4+ и NOх¯ , соль имеет формулу NH4NOх, это могут быть нитрат или нитрит аммония - NH4NO3 и NH4NO2

2) Вычисление молярной массы предполагаемой соли и нахождение еѐ формулы

М(NH4NO3) = 14+4+14+16∙3 = 80 г/моль

М(NH4NO2) = 14+4+14+16∙2 = 64 г/моль

ω=m(N)/М(NH4NOх);М(NH4NO3) = m(N)/ω; М(NH4NO3) = 28/0,4375 = 64

Искомая соль – нитрит аммония NH4NO2

3) Уравнение реакции NH4NO2 = N2 ↑ + 2H2O

4. (Татарстан-2016) Оксид иттрия, карбонат бария и оксид меди реагируют при высокой температуре (900°C), образуя соединение A, которое обладает интересными физическими свойствами. A имеет следующий состав: 13,14% Y, 41,2% Ba и 28,6% Cu, остальное – кислород.

1. Определите брутто-формулу соединения A.

2. Определите среднюю степень окисления меди в соединении A.

3. Напишите уравнение реакции получения A.

4. Какое свойство этого соединения необычно?

3. YBa 2 Cu 3 O 7

2Y2O3 + 8BaO + 12CuO + O2 = 4YBa2Cu3O7 (3 балла).

4. Обладает сверхпроводящими свойствами (нулевое сопротивление) при сравнительно высокой температуре (1 балл, если указана сверхпроводимость без указания высокой температуры, 0,5 балла).

1. Определите значение x в формуле ионного проводника.

2. Определите элементы A и B .

3. Определите среднюю степень окисления элемента A в обоих соединениях.

1. Определим соотношение количеств атомов лития и германия:

2. M (Li 10 Ge A 2 B 12 ) = 10∙6,94 : 0,1179 = 588,63 = 10∙6,94 + 72,61 + 446,62, то есть 2 M ( A ) + 12 M ( B ) = 446,62

M (Li 4 A 2 B 6 ) = 4∙6,94 : 0,0984 = 282,11 = 4∙6,94 + 254,35, то есть
2 M ( A ) + 6 M ( B ) = 254,35.

Отсюда получаем приближенные значения M ( A ) = 31,0 и M ( B ) = 32,0. A – P (фосфор) (3 балла) , B – S (сера) (3 балла) .

Формулы соединений: Li 10 GeP 2 S 12 ,Li 4 P 2 S 6 .

3. Средняя степень окисления фосфора ( A ) в Li 10 GeP 2 S 12 +5 (1 балл) , в Li 4 P 2 S 6 +4 (1 балл).

Всего максимум 10 баллов.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

презентация к урокам геометрии "Вывод формулы объема призмы и пирамиды"

Презентация - помощь в организации урока. Помогает формировать пространственное мышление, вносит разнообразие в урок.

Презентация: Вывод формулы органического вещества на основании общей формулы гомологического ряда.

Презентация содержит схему решения подобной задачи и две задачи для закрепления материала.

Разработка урока геометрии в 9 классе "Вывод формулы уравнения окружности"

Урок проведен по учебнику Л.С.Атанасяна. Сопровождается компьютерной презентацией. На первом этапе урока выводится формула уравнения окружности, затем рассматриваются ключевые задачи к предложенной те.

Вывод формулы Герона

Пошаговый вывод формулы Герона.

ОЛИМПИАДНЫЕ ЗАДАНИЯ для внутришкольной олимпиады ПО МАТЕМАТИКЕ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 7 классов ОЛИМПИАДНЫЕ ЗАДАНИЯ для внутришкольной олимпиады ПО МАТЕМАТИКЕ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 7 классов Олимпиада по математике 7 класс

ОЛИМПИАДНЫЕ ЗАДАНИЯ для школьного этапа олимпиады ПО МАТЕМАТИКЕ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 7 классов.

ОЛИМПИАДНЫЕ ЗАДАНИЯ по химии :задачи на вывод формул соединений, кристаллогидратов.

Задачи на определение элемента в соединении, на вывод формул соединений, кристаллогидратов находятся за рамками базового курса химии. На олимпиадах такие задания встречаются часто.В рамках кружк.

Подготовка к ЕГЭ • выполнение заданий высокого уровня сложности, задачи на вывод формул Задачи на вывод формул соединений – это задания С5 из 3 части экзаменационной работы ЕГЭ.

Подготовка к ЕГЭ выполнение заданий высокого уровня сложности, задачи на вывод формул Задачи на выво.

Химики из Университета Веллингтона (Новая Зеландия) впервые выделили свободный радикал висмуторганического соединения. Несмотря на то, что радикалы, как правило, исключительно реакционноспособны, он представляет собой устойчивые насыщенно-красные игольчатые кристаллы. Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie International Edition.

Авторы работы синтезировали радикал путем восстановления висмуторганического соединения (хлорида диамида висмута) магниевой стружкой. В результате раствор исходного соединения менял окраску с бледно-желтой на темно-красную. Впоследствии из него выпадали насыщенно-красные игольчатые кристаллы. Как утверждают авторы, при хранении в инертной среде при комнатной температуре соединение остается устойчивым на протяжении примерно двух недель.

Схема синтеза. В трехмерном представлении реагентов розовым обозначены атомы кремния, синим — азота, зеленым — хлора, черным — углерода

Изображение: Ryan J. Schwamm et al. / Angewandte Chemie International Edition, 2015

Структура и электронные свойства соединения были подтверждены методами рентгеновской дифракции на монокристалле, а также с помощью спектроскопии электронного парамагнитного резонанса. Этот метод исследования веществ позволяет определить свойства неспаренных электронов, находящихся на своих орбиталях в одиночестве. Именно такие электроны и характеризуют свободные радикалы, заполненные орбитали всегда несут на себе два электрона. Оказалось, что 90 процентов спиновой плотности находится на гантелеобразной p-орбитали висмута.

Свободные радикалы — вещества, обладающие неспаренными электронами на одной или нескольких своих орбиталях. В большинстве своем они обладают высокой реакционной способностью. К примеру, именно образование свободных радикалов приводит к взрыву смеси водорода и кислорода. Поиск стабильных свободных радикалов — важная задача для химиков, поскольку эти соединения обладают рядом интересных свойств. В частности, с их помощью в промышленности контролируются процессы полимеризации, а также они применяются как замедлители старения полимеров.

ВЛАДИВОСТОК, 13 ноября. /ТАСС/. Ученым школы естественных наук Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) удалось получить из пигмента морской губки новые соединения, имеющие противораковый эффект. Об этом в среду сообщается на сайте учреждения.

Вещество фаскаплизин, предотвращающее превращение нормальных клеток в злокачественные, впервые было выделено из морской губки в 1988 году и с тех пор интенсивно изучается. Имеет широкий спектр биологической активности, но высокая токсичность фаскаплизина по отношению к здоровым клеткам до сих пор ограничивала его применение в качестве лекарственного средства для лечения онкологических болезней.

На основе полученных соединений ученые смогли синтезировать вещества, которые могут воздействовать на бактерии Pseudomonas Aeruginosa, синегнойной палочки, устойчивой ко многим видам антибиотиков.

Читайте также: