Красноярский ученый изучил взаимодействия перфторированных дикетонов с редкоземельными металлами и обнаружил несколько интересных закономерностей. Понимание этих процессов позволит более эффективно разделять и получать редкоземельные металлы. Результаты, обобщающие серию исследовательских работ, опубликованы в журнале американского химического общества The Journal of Physical Chemistry A и выбраны в качестве иллюстрации обложки октябрьского номера этого издания.
Растворы редкоземельных металлов неодима и празеодима и раствор платины. Фото Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН
Редкоземельные металлы, такие как скандий, иттрий, европий, широко используются в различных отраслях промышленности, например, в электронике, медицине, энергетике и производстве постоянных магнитов, катализаторов для переработки нефти и газа, а также в производстве специальных сплавов для аэрокосмической промышленности. Однако редкоземельные металлы трудно разделить между собой. В растворе это можно сделать за счет применения селективных реагентов. Например, таких как перфторированные дикетоны. Перфторированные гетероциклические дикетоны – соединения, содержащие в себе атомы фтора, а также один из атомов халькогенов – кислород, серу, селен или теллур. Они могут взаимодействовать с ионами редкоземельных металлов и селективно их разделять.
В серии нескольких работ ученый Красноярского научного центра СО РАН определил параметры взаимодействия перфторированных дикетонов с ионами редкоземельных металлов, а обобщённые результаты, опубликованные в статье, помогли понять фундаментальные закономерности. Понимание этих процессов поможет более эффективно извлекать редкоземельные металлы из их рассеянных месторождений.
Специалист собрал большое количество данных и определил более 150 констант устойчивости – меры энергии взаимодействия между ионами металлов и дикетонами. Знание констант устойчивости важно для определения условий проведения химических реакций и выбора оптимальных условий для разделения редкоземельных металлов. Химик рассмотрел, как влияют на эти свойства различные атомы, входящие в состав дикетонов, а также расположение этих атомов относительно друг друга. Изучение замещенных групп обнаружило, что в случае дикетонов проявляется «антикулоновское» поведение. Согласно электростатической модели взаимодействия, дикетоны с более тяжелыми атомами халькогена должны образовывать более слабые комплексы с металлами, а эксперимент показывает обратное. Таким образом, найденные корреляции обратно противоположны тому, что предсказывает электростатическая модель взаимодействия металла с ионами. Корреляция между самими металлами в рамках одного дикетона, напротив, демонстрирует строгую кулоновскую корреляцию.
«В серии работ, предшествующих этой статье, был получен большой массив спектральных и термодинамических данных о взаимодействии редкоземельных элементов с дикетонами. Однако получить точные значения сильно мешала нехватка данных о взаимодействии металлов с фоновыми ионами буфера. В данной статье были обобщены все имеющиеся данные для оценки этого влияния и получены точные корреляции констант устойчивости с периодическими параметрами. Точное определение констант устойчивости не только позволит получить полезные данные для селективного разделения металлов, но и лучше понять природу связывания металлов с дикетонами», — Максим Лутошкин, кандидат химических наук, научный сотрудник Лаборатории молекулярной спектроскопии и анализа Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН.
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»