Способ контроля силикатов лантаноидов

 

Изобретение относится к исследованию физико-химических свойств образцов соединений лантаноидов без нарушения их структуры и состава. Сущность: в способе исследования свойств силикатов лантаноидов, включающем определение магнитной восприимчивости образца и сравнение полученной зависимости магнитной восприимчивости с его теоретически расчитанным значением, для сравнения свойств в качестве калибра-эталона используют график зависимости магнитных восприимчивостей метасиликатов лантаноидов от их атомных масс, расчитанных теоретически. 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к исследованию физико-химических свойств соединений лантаноидов без нарушения их структуры и состава.

Известны способы определения концентрации и свойств растворов, включающие воздействие на контролируемую среду электромагнитных колебаний с разными частотами, регистрацию разности фаз и измерение амплитуды колебаний.

Известные способы включают определение магнитных свойств материалов и имеют следующие недостатки: - сложность определения; - невозможность использования для исследований силикатов лантаноидов, находящихся в твердом аморфном состоянии.

Из описанных в источниках научно-технической информации объектов наиболее близким к предложенному является способ исследования магнитных свойств монокристаллов силикатов лантаноидов типа Ln₂(SiO₅), где Ln = Eu, Pr, Er, Yb, включающий изготовление образцов монокристаллов силикатов, с последующим расплавлением, определение их магнитных восприимчивостей, в том числе, молярных восприимчивостей, (g_м) при 100-600 К (293 К), 7-10 кЭ и эффективного магнитного момента (Р_эфф) и их сравнение с расчетными теоретическими значениями эффективных магнитных моментов, при этом при расчете экспериментальных значений g_м и Р_эффучитывают поправки на диамагнетизм ионов Известный способ имеет следующие недостатки: - Узкий диапазон исследуемых показателей, например, исследуются только лишь магнитные свойства соединений.

- Время исследования длительное, так как такие показатели, как величина зарядов элементов переменной валентности и чистота соединений обычно определяются другими известными физико-химическими методами, например спектральным анализом, весовым анализом и др., требующими материальные и трудовые затраты и длительность определения.

- Низкая точность определения таких показателей, как величина зарядов элементов с переменной валентностью и чистота продуктов; - Невозможность исследования свойств силикатов, находящихся в аморфном состоянии; - Высокая температура и сложность приготовления образца в расплавленном состоянии.

Цель изобретения - расширение номенклатуры исследуемых свойств, сокращение времени исследования, создание возможности исследования силикатов в аморфном состоянии, и упрощение приготовления образцов.

Указанная цель достигается тем, что в способе исследования свойств силикатов лантаноидов, включающем приготовление образца силиката исследуемого элемента, определение его магнитной восприимчивости и сравнение полученного значения магнитной восприимчивости с его теоретически рассчитанным значением, приготовление образца осуществляют путем взаимодействия водорастворимой соли исследуемого элемента с водным раствором метасиликата в стехиометрических отношениях, при комнатной температуре, отделения осадка от жидкой фазы, его промывки и обжига при 800-850^оС, а для сравнения свойств в качестве калибра-эталона используют график зависимости магнитных восприимчивостей метасиликатов лантаноидов от их атомных масс, рассчитанных теоретически.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Вначале строят калибровочный график зависимости теоретически рассчитанных магнитных восприимчивостей метасиликатов трехвалентных лантаноидов от их атомных масс, для этого используют теоретические значения эффективных магнитных моментов свободных трехвалентных ионов по Селвуду (см. книгу Селвуда П.Г. Магнетхимия, 1958, с. 457).

Теоретически рассчитанные данные магнитных восприимчивостей метасиликатов трехвалентных лантаноидов приведены в табл.1.

На чертеже показан калибровочный график зависимости магнитных восприимчивостей (в магнетонах Бора) метасиликатов лантаноидов от атомных масс лантаноидов.

Знаками --х-- показан график с теоретически рассчитанными данными, а знаками ---0--- график с экспериментально полученными данными.

Калибровочный график состоит из двух кривых, на границе которых находится наименее парамагнитный метасиликат самария, а наиболее парамагнитными являются метасиликаты диспрозия и гольмия, диамагниты - метасиликаты лантана и лютадия.

Калибровочный график получают один раз и его в дальнейшем используют для сравнения свойств метасиликата исследуемого образца лантаноида.

После этого готовят образец метасиликата, исследуемого с общей формулой Ln₂(SiO₃)₃, который синтезируют взаимодействием водного раствора метасиликата натрия (х. ч.) и соли трехвалентного лантаноида (х.ч.) при комнатной температуре. Мольные отношения исходных компонентов LnX₃/Na₂SiO₃ (x-Cl^-,NO₃^-) берут равными 0,66. Затем нерастворимый метасиликат промывают и сушат при 800-850^оС. После чего проводят эмиссионный спектральный анализ для обнаружения посторонних включений в образцах и снимают электрограмму для указания аморфности метасиликата. Аморфный образец, в котором не обнаружены посторонние включения, исследуется методом Фарадея (см. например, Изв. АН СССР, Неорганические материалы, N5, 1969, с. 565) в среде гелия при температуре 77-880К и магнитных полях 8-12 кЭ.

Экспериментальные данные магнитных измерений метасиликатов всех лантаноидов, а именно величины эффективных магнитных моментов (μ_эфф), рассчитанных на один ион лантаноида, находящегося в молекуле метасиликата лантаноида, приведены в табл.1 и для сравнения внесены в калибровочный график.

Конкретные примеры осуществления предложенного способа приведены в табл.2. Конкретные примеры приведены для тербия и иттербия, однако эксперименты приведены для всех лантаноидов.

Установление температуры обжига <800С, например 790^оС (контр.пример 1) нецелесообразно, снижается точность определения.

Установление температуры обжига >850^оС, например 860^оС (контр. пример 2) нецелесообразно, приводит к лишним энергетическим затратам.

Как видно из данных табл.1 и графика для чистых трехвалентных метасиликатов лантаноидов теоретически рассчитанные и экспериментально полученные данные магнитных восприимчивостей совпадают.

Если экспериментальная величина эффективного магнитного момента например, Tb₂(SiO₃)₃ совпадает с величиной эффективного магнитного момента калибровочного графика, это говорит о том, что в метасиликате Tb катион трехвалентен, в нем нет посторонних включений. Если полученная величина эффективного магнитного момента метасиликата Tb не совпадает с величиной эффективного магнитного момента калибровочного графика, это говорит о том, что в нем имеются посторонние включения, отличные от Tb+3. Причем, чем больше разница между полученной величиной эксперимента μ_эфф. и μ_эфф. калибровочного гра- фика, тем больше посторонних включений, т.е. создается возможность судить о степени чистоты продукта.

Таким образом катион исследуемого соединения проявляет переменную валентность, например, двух или трехвалентен, то при их наличии в исследуемом образце, экспериментально полученный μ_эфф не совпадает с μ_эфф калибровочного графика, что позволяет судить о валентном состоянии катиона лантаноида в исследуемом метасиликате.

Преимущества предложенного способа по сравнению с известным по прототипу приведены в табл.3.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ СИЛИКАТОВ ЛАНТАНОИДОВ, включающий воздействие на образец магнитным полем, измерение зависимости магнитной восприимчивости от информативного параметра вещества, сравнение полученной зависимости с теоретически рассчитанной, отличающийся тем, что, с целью расширения номенклатуры исследуемых образцов, в качестве информативного параметра используют атомную массу данного вещества, сравнение измеренной зависимости магнитной восприимчивости от информативного параметра исследуемого образца проводят с зависимостью магнитных восприимчивостей катионов ряда лантаноидов от их атомных масс.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4