Ученые СПбГУИТ изучили формирование градиентных структур соединений кобальта при осаждении Лизеганга в агаровом геле. Зафиксировано шесть фаз осадка с разными свойствами. Такой подход позволит быстро и недорого создавать материалы с заданными характеристиками.
Изучение колебательных периодических систем представляет собой одну из самых увлекательных и трудных задач в химии. в последние годы. Характерные для таких реакций колебания концентрации реагентов порождают изменения скоростей реакций и многократное циклическое выпадение осадка. Это явления — пример неравновесных процессов, встречающихся в природе повсеместно: от возникновения «колец жизни» на дереве до роста костей у живых существ. отслеживали Исследователи изучили динамику осаждения фосфатов кальция и подробно проследили процесс образования и развития костей в человеческом организме, а также создали модельную систему для имитации процесса «выращивания» костей.
В ходе экспериментов ИТМО исследователи применили соли кобальта. Благодаря парамагнитным свойствам соединений этого металла, внешнее магнитное поле может привести к их нагреванию. При использовании материалов на основе кобальта в качестве основы для клеток возможно локальное активация. Микроэлемент кобальт также необходим организму человека в малых дозах.
Для отслеживания процесса осаждения в пробирки наливали однопроцентный раствор агара и хлорида кобальта. После загустения агара с хлоридом кобальта добавлялся внешний электролит — гидроксид натрия. Это провоцировало диффузию раствора и образование осадка. В итоге химикам удалось получить периодически выпадающие градиентные осадки, состоящие из нескольких фаз с различными свойствами. Такой вид систем на основе осадков гидроксида кобальта исследователи наблюдали впервые.
«Зафиксировано шесть фаз, отличающихся цветом, химическими свойствами и составом, формирующих периодические осадки Лизеганга. В природе такие структуры проявляются в виде колец, например, при образовании агата. Неожиданным стало наблюдение, что расстояние между кольцами — коэффициент разнесения структуры — не подчиняется геометрической прогрессии, как обычно. В этих структурах каждое кольцо плотно прилегает к предыдущему. Стоит отметить, что структуры Лизеганга, как правило, представляют собой одну фазу, в то время как наша система демонстрирует градиент фаз и фазовые превращения промежуточных соединений. — подчеркнула руководитель исследовательской группы, кандидат химических наук, доцент научно-образовательного центра инфохимии ИТМО. Светлана Уласевич.
Ученые описали химические реакции системы и изучили влияние разных факторов на образование фаз.
Результаты показали, что изменение уровня pH, концентрации щелочи, температуры и объема поступающего воздуха может изменять соотношение фаз в общем объеме осадка раствора — увеличивать и уменьшать количество колец нужного цвета.
Каждый слой определённого цвета — это соединение с особенными свойствами. Часто его используют в разработке новых материалов. Например, осадки раствора кобальта подойдут для подложек в электрохимических устройствах, термодатчиков, имплантов, пигментов и антимикробных покрытий. И всё это можно сделать за несколько недель с небольшими затратами.
«Следующим шагом станет изучение каждой фазы осажденного материала. Определим их показатели растворимости и проводимости. Проведем тесты с клетками для проверки биосовместимости полученных материалов и их влияния на поведение живых культур. — сказал участник исследовательской группы, студент научно-образовательного центра инфохимии ИТМО. Леонид Гудзеров.
Информация и фотографии предоставлены пресс-службой Университета ИТМО.