Кристаллохимия кислородных неорганических соединений поливалентных металлов
Руководитель коллектива: д.х.н, профессор Сулейманов Е.В.
Творческий коллектив:
- к.ф.-м.н. Алексеев Е.В.,
- к.ф.-м.н. Истомин Л.А.,
- к.ф.-м.н. Сомов Н.В.,
- к.х.н. Корытцева А.К.,
- к.х.н. Лелет М.И.,
- аспирант Фукина Д.Г.,
- аспирант Кириллова Н.В.,
- студенты химического факультета ННГУ.
Цель и содержание работы.
Проводимые исследования направлены на установление взаимосвязи между составом и строением кислородных неорганических соединений поливалентных металлов с целью разработки научных основ получения керамических материалов с заданными свойствами.
Среди множества способов решения этой задачи нами выбран подход, со-стоящий в проведении систематических исследований морфотропных (изоформульных) рядов соединений. К числу таковых принадлежат сложные оксиды, образующиеся в системах сложных оксидов вида Ak – BV(BVI)– CVI – O, где элементы Ak – щелочные и щелочноземельные металлы, двухвалентные металлы 3(4)d-ряда, лантаноиды и некоторые другие; BV(BVI) и CVI пяти- и шести шестивалентные элементы: P, As, Sb, V, Nb, Ta, Te, Mo, W, U, Np, Pu, Am. При варьировании во всевозможных сочетаниях элементов в составе этих соединений у них наблюдаются различные структурные типы, изменение свойств в широком диапазоне и т.п., что создает неоценимые удобства при поиске закономерностей в ряду состав – строение – свойства. Работа ведётся в двух направлениях: синтетико-структурном и термодинамическом. Первое включает синтез и изучение строения веществ. Второе – определение термодинамических характеристик веществ и процессов с их участием.
Состояние научно-исследовательской работы коллектива и результаты.
Целью данного исследования является разработка новых классов химически, термически и радиационноустойчивых минералоподобных соединений тория и урана, способных включать комплекс высокотоксичных экологически опасных радиоактивных нуклидов природного и техногенного происхождения с образованием универсальных кристаллических матриц. Поставлена задача теоретического обоснования, компьютерного моделирования и синтеза устойчивых в условиях окружающей среды новых минералоподобных соединений радиоактивных элементов, способных включать по механизму ионного обмена, изоморфного замещения высокотоксичные радионуклиды в широком диапазоне их радиусов и степеней окисления.Проблема связывания радионуклидов в устойчивые кристаллические матри-цы, исследование путей и форм миграции радионуклидов разного происхождения в окружающей среде, поиск наиболее устойчивых химических форм и оптимальных условий их формирования, исследование механизмов включения сопутствующих элементов, и кристаллохимических закономерностей формирования и установление областей существования кристаллических фаз является важной задачей. Эти общие вопросы неизбежно предполагают более глубокие исследования в области синтеза новых кристаллических фаз, изучение их состава и структуры, физико-химических и термодинамических характеристик, химической и термической устойчивости, гетерогенных равновесий в водных средах.
Исследования авторов, выполненные в течение последних семи лет, позволили синтезировать представительные ряды соединений урана. Часть соединений являются синтетическими аналогами известных минералов урана, другая часть в силу различных обстоятельств в природе не встречается и может быть получена только искусственным путём. Все они имеют слоистое строение и высокую химическую устойчивость. Важной особенностью данных соединений является способность поглощать по механизму ионного обмена из водных растворов и солевых расплавов практически все известные металлы в состоянии окисления I-III . Образующиеся продукты обмена являются универсальными кристаллическими матрицами с весьма широкими кристаллохимическими границами существования фаз.
Интерес к разработкам коллектива в России и за рубежом.
Исследования в аналогичном направлении проводятся примерно в 10 крупных научных центрах мира (Россия, США, Англия, Франция, Германия, Бельгия, Чехия и др.). С некоторыми из этих коллективов поддерживаются деловые контакты, ведётся переписка и обмен опытом. Ряд разработок нашего коллектива взят на вооружение в других научных группах. Многие количественные характеристики соединений включены в международные базы данных и цитируются в научной печати. Сотрудник коллектива Алексеев Е.В. приглашен в Научный центр г. Кёльна (Германия) на 2005 – 2007 г.г. для выполнения совместных исследований.
Аппаратурные возможности.
В собственном распоряжении коллектива имеются рентгеновские дифрактометры для выполнения фазового анализа и рентгеноструктурного анализа, ИК-спектрометр, калориметр для определения тепловых эффектов химических реакций, прибор для выполнения термического анализа, спектрофотометр, рН-метр, муфельные печи, установки собственного изготовления для исследования гетерогенных равновесий, компьютерная и множительная техника. Практически все приборы автоматизированы, сбор данных осуществляется через компьютер. Ряд исследований выполняется с использованием оборудования других подразделений ННГУ и организаций – рентгеноструктурный анализ, электронно-зондовый анализ и др. Коллектив располагает всем необходимым лабораторным оборудованием и реактивами.
Научные связи коллектива.
Наиболее тесные контакты коллектив поддерживает с кафедрами кристаллографии и экспериментальной физики ННГУ (физфак) и МГУ (геофак), Институтом экспериментальной минералогии РАН (г. Черноголовка), Институтом геохимии и аналитической химии РАН (Москва) и Институтом физической химии РАН (Москва).
Перспективы исследований.
У сотрудников коллектива имеется масса ин-тересных идей и задач, которые ждут трудолюбивых и увлеченных наукой молодых исследователей.
Возможности трудоустройства студентов и аспирантов, работающих в коллективе, после окончания обучения.
Практика показывает, что навыки, полученные при работе в нашем коллективе, позволяют работать практически во всех химических отраслях. Наши выпускники трудятся во ВНИИЭФ (г. Саров), ОКБМ, НМЖК, “Нижфарме” и др. Наши контактные данные имеются у многих крупных и мелких компаний, которые периодически обращаются с предложением подобрать им сотрудника из числа наших выпускников.
Награды, премии, гранты.
- Государственная научная стипендия для талантливых молодых ученых России (1998-2000гг., 2000-2003гг.). (Сулейманов Е.В.)
- Премия международной издательской компании “МАИК – Наука” за лучшую публикацию в 2005 г. (Н.Г. Черноруков, Сулейманов Е.В., А.В. Князев и др.)
- Гранты РФФИ и проекты ФЦП “Интеграция” на проведение научных конференций (рук. Сулейманов Е.В.)
- Проекты ФЦП “Интеграция” на стажировки в ведущих научных центрах России (стажеры: Сулейманов Е.В., Алексеев Е.В., Голубев А.В.)
- Государственный контракт в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы» (рук. Сулейманов Е.В.)
- Грант Президента РФ для молодых кандидатов наук и их научных руководителей (испонитель – Алексеев Е.В., научные руководители д.ф.-м.н. Чупрунов Е.В. и д.х.н. Сулейманов Е.В.)
- Грант Президента РФ для молодых докторов наук (Сулейманов Е.В.)
- Грант DAAD на стажировку в в Научном центре г. Кёльна (Германия) (рук. Сулейманов Е.В.)
Некоторые важнейшие публикации.
- Kariakine N., Chernoroukov N., Souleimanov E.V. La thermochimie des oxydes complexes D’uranium(VI), du vanadium(V), (du niobium(V)) et des elements alcalins.// Thermochimica Acta. 1996. V. 277. P.53-63.;
- Пущаровский Д.Ю., Сулейманов Е.В., Пазеро М., Мерлино С., Баринова А.В., Алексеев Е.В. Кристаллическая структура Sr(AsUO6)2*8H2O. Кристаллография. 2003. Т. 48. № 2. С. 246-249.
- Черноруков Н.Г., Сулейманов Е.В., Егорова О.А., Хомякова В.О. Растворимость соединений ряда AII(BVUO6)2*nH2O (AII – Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd; BV – P, As). // Радиохимия. 2003. Т. 45. №2. С. 105-107.
- Сулейманов Е.В., Карякин Н.В., Черноруков Н.Г., Ермилов С.Э. Термодинамика дегидратации кристаллогидратов АIPUO6*xH2O (АI – Li, Na, K, Rb, Cs). // Радиохимия. 2002. Т.44. №5. С.409-414.
- Сулейманов Е.В., Черноруков Н.Г., Голубев А.В. Синтез и исследование новых представителей структурного типа дефектного пирохлора. // Журнал неорганической химии. 2004. Т.49. №3. С.357-360.
По материалам работы опубликовано около 100 статей в центральной научной печати и сделаны доклады многих научных конференциях. За цикл публикаций в журнале “Радиохимия” в 2003г. руководитель коллектива (сов-местно с Н.Г. Черноруковым, А.В. Князевым, О.В. Нипрук) был удостоен Премии международной издательской компании “МАИК – Наука”.