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 A_k – B^V(B^VI)– C^VI – O, где элементы Ak – щелочные и щелочноземельные металлы, двухвалентные металлы 3(4)d-ряда, лантаноиды и некоторые другие; B^V(B^VI) и C^VI 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 A^II(BVUO₆)₂*nH₂O (A^II – 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 А^IPUO₆*xH₂O (А^I – 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”.