Сонокристаллизация йодида свинца
Автор проекта
Некрасова Мария
8 класс
Научный руководитель
Верещагин Александр Леонидович, профессор, зав. кафедрой общей химии и экспертизы товаров, профессор Бийского технологического института, г. Бийск (Алтайский край)
Цель проекта
Изучение возможности изменения свойств кристаллов йодистого свинца в момент зарождения под влиянием акустической кавитации в водном растворе.
Краткое описание проекта
Изучается возможность влияния мощного ультразвукового излучения на процесс образования кристаллов йодида свинца в водных растворах по реакции между сантимолярными растворами ацетата свинца и йодида калия. Изучены два варианта синтеза: с подавлением гидролиза ацетата свинца за счет введения уксусной кислоты и без нее. Исследована морфология образовавшихся кристаллов йодида свинца методами оптической и электронной микроскопии. Установлена агрегация гексагональных кристаллов в растворах с уксусной кислотой. За 10 минут ультразвукового облучения средний медианный размер частиц увеличился с 2,9 мкм до 21 мкм. При этом гексагональные пластинки йодида свинца размером 10 мкм свариваются плоскостями, а на ребрах пластин отмечаются углубления, вызванные соударениями с другими пластинами. На гранях гексагональных частиц отмечаются оплавленные участки. Установлено, что при хранении в маточном растворе при комнатной температуре в течение 7 суток вышеупомянутые дефекты устраняются, возможно, за счет взаимодействия новообразовавшейся поверхности с мелкими частицами йодида свинца. Температура растворов за время облучения с интенсивностью 16 Вт/см2 в течение 10 минут повышалась до 35 °С. Температура плавления йодида свинца – 412 °С, что предполагает сварку его кристаллов при высокоскоростном столкновении частиц за счет превращения кинетической энергии сталкивающихся частиц в тепловую энергию. В растворе без уксусной кислоты ультразвуковое облучение усиливает гидролиз, и на поверхности образовавшихся в начальный период кристаллов йодида свинца образуются, по-видимому, гидроксид свинца и оксид свинца (II). Усиливающийся соногидролиз и образование гидроксидов препятствуют консолидации и приводят к измельчению частиц йодида свинца. Так, за 10 минут ультразвукового облучения интенсивностью 16 Вт/см2 средний медианный размер частиц уменьшился с 32 до 4 мкм. Обнаружено также, что при дозировании 0,02 М раствора йодида калия в 0,01 М раствор ацетата свинца без ультразвукового облучения образуются трехмерные конструкции размером до 100 мкм, напоминающие друзы горного хрусталя со средним медианным диаметром 32 мкм. При обратном порядке дозирования формируются кристаллы в форме параллелепипедов размером 5х5х10 мкм со средним медианным диаметром 14 мкм. Таким образом, морфология кристаллов йодистого свинца зависит от интенсивности и времени ультразвукового облучения в кавитационном режиме, а также порядка дозирования реагентов.
Результаты проекта
1. Диспергирование йодида свинца в водном растворе (возможен соногидролиз) зависит от интенсивности ультразвукового облучения и его продолжительности.
2. Агрегация кристаллов йодида свинца в уксуснокислом растворе при сонолизе (возможно, происходит сварка кристаллов) зависит от интенсивности ультразвукового облучения и его продолжительности.
3. Порядок сливания сантимолярных растворов йодида калия и ацетата свинца определяет форму образующихся кристаллов.
Дальнейшее развитие проекта
Исследование возможности регулирования морфологии кристаллов в момент их образования при мощном ультразвуковом облучении и при образовании других соединений.