НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ В ДЕЙСТВИИ

Наука » Химия

Каких свойств веществ чаще всего хотят добиться химики-неорганики? В большинстве случаев — экстремаль­ных. Вспомним, что львиная доля про­цессов с участием органических со­единений (за исключением, может быть, полимеров), протекает в услови­ях, близких к биологическим, — в очень ограниченном интервале темпе­ратур и давлений. Многие органиче­ские вещества не выдерживают тем­ператур выше 200—300 °С и давлений больше нескольких сот атмосфер — дальше происходит разложение. А если нужен материал, работающий в жёстких условиях, за дело берётся неорганическая химия.

Примером может служить история создания специального покрытия для спускаемых космических аппаратов. Снижаясь, они входят в плотные слои атмосферы с высокой скоростью. От трения о воздух поверхность аппара­та разогревается до огромной темпе­ратуры — тут будет уничтожено всё, что может гореть. Значит, материал должен быть устойчивым к окисле­нию, тугоплавким и обладать низкой теплопроводностью — ведь в спуска­емом отсеке будет находиться чувст­вительное научное оборудование или даже живые существа.

Ясно, что вещества, из которых можно изготовить такое покрытие, следует искать среди тугоплавких ок­сидов, не забывая при этом ни об их химических свойствах (скажем, СаО или ВаО плавятся при очень высоких температурах — 2600 и 1920 °С соот­ветственно, но в природных услови­ях не проявляют никакой химической устойчивости), ни о теплопровод­ности, ни, наконец, о стоимости. И ре­шение было найдено: покрытие неко­торых летательных аппаратов сделано из керамики на основе одного из са­мых инертных и в то же время доста­точно тугоплавких оксидов — Та2О5 (tпл=1890 °С).

Большие задачи ставит перед не­органической химией и электроника. Ей нужны не только сверхчистые кремний и германий, но и вещества с нестандартными и очень сложными диэлектрическими свойствами, на­пример сегнетоэлектрики.

Если сегнетоэлектрик поместить на некоторое время во внешнее элек­трическое поле, он становится само­стоятельным источником поля, по­добно намагниченному куску железа. Если затем поменять внешнее поле на противоположное, скачком изменится и собственное поле сегнетоэлектрика. Как и у магнита, оно может сохра­няться и в отсутствие внешнего поля, причём очень долго. Возник вопрос а можно ли использовать это явление в электронике? Разумеется, ответили учёные, — в первую очередь там, где требуется сохранять информацию, например в устройствах памяти. Не­обходимо лишь подыскать вещест­во — основу будущего материала. Есть сегнетоэлектрики как органиче­ские, так и неорганические. Но пер­вые могут работать лишь в узком ин­тервале температур, да и не очень устойчивы даже при обычных условиях: обыкновенная плесень способ­на вывести их из строя. Поэтому вы­бор пал на неорганических «претен­дентов».

Где их искать? Здесь химику-неорганику приходит на помощь накоп­ленный наукой опыт. Известно, что сегнетоэлектрическими свойствами обладают соединения с кристалличе­ской структурой, близкой титанату кальция (перовскиту СаTiO3). Благо, таких соединений не очень много — их перебрали одно за другим. Выяс­нилось, что наилучшие свойства про­являют вещества, содержащие висмут. Круг поисков сузился — и вот результат: соединение SrBi2Nb2O9 уже ис­пользуется в новом поколении уст­ройств памяти.

Ни для кого не секрет, что имен­но в «неорганической команде» со­брались чемпионы-сверхпроводни­ки. Все они — соединения меди, а сверхпроводящие свойства обеспечи­вают медь-кислородные слои [CuО2], которые присутствуют в структурах этих соединений. Однако добиться хорошей сверхпроводимости не так-то просто. Природа ставит два усло­вия: определённая (нецелочислен­ная) степень окисления меди, чуть больше 2, и очень узкий диапазон длин связей медь — кислород. Какой должна быть кристаллическая струк­тура соединения, чтобы эти условия оказались выполненными? Прихо­дится учитывать и размеры ионов, и предпочтительность той или иной степени окисления, и даже то, к како­му координационному окружению тяготеет тот или иной ион. А ведь отталкиваться здесь химику не от че­го: все сверхпроводники — дети XX столетия! Приходится руководст­воваться в основном интуицией. Пока удалось достичь перехода в сверхпро­водящее состояние при температуре -93 °С, но физики утверждают, что это не предел. Ведь исследованы да­леко не все возможности, и не исключено, что мечта экспериментато­ров — сверхпроводимость при ком­натной температуре — сбудется.

Большую роль в химии играют металлокомплексные катализаторы — комплексы металлов (как правило, переходных, но не всегда) с раз­личными лигандами. Уникальны­ми свойствами обладает комплекс осмия (III) [Os(NH3)5(CF3SO3)]2+. Пять из шести координационных мест в нём заняты молекулами аммиака, а шестое — ионом трифторметилсульфоната, который осмий при вос­становлении очень легко теряет. Образующийся ион [Os(NH3)5]2+ ис­ключительно химически активен. Он «вцепляется» даже в очень стабиль­ную молекулу бензола. В образовав­шемся веществе атом осмия оказыва­ется химически связанным лишь с одной кратной связью в бензольном ядре. Две оставшиеся двойные связи могут легко присоединить Н2, как обычные ненасыщенные соедине­ния. Это позволяет превратить бензол в циклогексен с высоким выходом.

А вот совсем «свежая», ещё не решённая до конца задача для неорга­нического синтеза. Рассмотрим атом какого-нибудь очень активного ме­талла, помещённый в большую по­лую молекулу, иными словами, в «клетку» (так эти молекулы, кстати, и называются). Атом может легко те­рять электроны: они переходят сна­чала к молекуле-клетке, а потом и в реакционную среду. Вещество пре­вращается в активнейший восстано­витель, который после использова­ния легко отделить от реакционной смеси. Но «загнать» атом металла в клетку — дело сложное. Простейшая клетка такого типа — фуллерен, и атом, скажем, лантана по размерам вполне подходит для этого. Однако процесс идёт в жёстких условиях — графит пропитывают раствором какой-нибудь соли лантана и под действием лазера испаряют. Естест­венно, в таких условиях получить чистое вещество невозможно: его образуется не более 40%, а осталь­ное — разнообразные примеси, кото­рые ещё требуется отделить.

Подвергнутый гидрированию комплекс [Os(NH3)5]2+ с анизолом (метиловым эфиром фенола). Этот ион легко отщепляет [Os(NH3)5]2+, образуя молекулу 3-метоксициклогексена — продукт частичного гидрирования анизола.

Сейчас химикам известно и то, что очень похожие клетки способны об­разовывать гидриды бора, например [В10Н10]2- или [В12Н12]2-. Эти ионы устойчивы даже в водном растворе. В кислой среде клетка «раскрывается», и образуется полость, в которую мог бы «зайти» какой-нибудь ион. Если потом раствор подщелочить, клетка снова «захлопнется». Но ввести внутрь такой клетки атом металла ещё толь­ко предстоит.

Ныне способы работы с вещест­вом подобны операции на живой клетке, только на уровне отдельных молекул. Они открывают возможно­сти проведения реакций с высоким выходом продукта и в достаточно мягких условиях. Разработка этих методов и является задачей современ­ного неорганического синтеза.

 

  

 Строение ионов:

[B12H12Р]2-(1), 

10Н10]2-(2).

 

 



Источник: Мир Энциклопедий Аванта+
Авторы: Андрей Дроздов, Илья Леенсон, Дмитрий Трифонов, Денис Жилин, Александр Серов, Андрей Бреев, Андрей Шевельков, Вадим Ерёмин, Юлия Яковлева, Оксана Рыжова, Виктория Предеина, Наталья Морозова, Алексей Галин, Сергей Каргов, Сергей Бердоносов, Александр Сигеев, Оксана Помаз, Григорий Середа, Владимир Тюрин, Антон Максимов, Вячеслав Загорский, Леонид Каневский, Александр Скундин, Борис Сумм, Игнат Шилов, Екатерина Менделеева, Валерий Лунин, Абрам Блох, Пётр Зоркий, Александр Кури, Екатерина Иванова, Дмитрий Чаркин, Сергей Вацадзе, Григорий Серела, Анастасия Ростоцкая, Александр Серое, Анастасия Сигеева
Авторское право на материал
Копирование материалов допускается только с указанием активной ссылки на статью!

Похожие статьи

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.