XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022
Термодинамические свойства дихалькогенидов платины
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Платина(Pt)–химическийэлемент10-йгруппы,6-огопериодапериодическойсистемы химическихэлементов.Впервыевчистомвидеизрудплатинабылаполученаанглийскимуче- нымУ.Волластономв1803году[1].Вприродесоединенияплатинывстречаетсяввидередких минераловизгруппымелонита:судовиковит(диселенидплатины),мончеит(дителлуридпла- тины). Учеными недостаточно исследованы термодинамические свойства дихалькогенидов платины, что вызвало заинтересованность к этой теме с нашей стороны, эта работа позволит увеличитьколичествополученныхзнанийоданныхсоединенияхзасчетисследованияихтеп- лоемкости и термодинамических свойств.
Целью работыявляется изучениетермодинамических свойств дихалькогенидов (суль- фида,селенидаителлурида)платиныдляопределениянеобходимостидальнейшихизмерений изобарной теплоемкости этих соединений.
Физико-химическиесвойства,синтезиприменениедихалькогенидовплатины
Дисульфидплатины (сульфидплатины(IV),сернистаяплатина, PtS2)-эточерный твердый полупроводник. Получить дисульфид платины можно обжигом простых веществ серы и платины, взятых в стехиометрическом количестве, проводимым в кварцевом сосуде притемпературе850°C;атакжевзаимодействиемгексахлороплатината(IV)калияснасыщен- ным раствором сероводорода; кроме того, применим способ пропускания насыщенного рас- твора сероводорода через раствор хлорида платины (IV) [2]. В эксперименте Веструма и др. былиспользованметодсухогосинтеза[3].Монокристаллывыращиваютсяпутемпереносахи- мическихпаровс использованиемфосфора вкачестветранспортногоагента.Дисульфидпла- тиныпрактическинерастворяетсявводе,норастворимвконцентрированныхрастворахсуль-
фидовщелочныхметаллов,такжепереводитсяв раствордействиемконцентрированнойазот- ной кислоты [2]. Соединение не реагирует со щелочами, но разлагается при нагревании при 225-250°C;атакжедлянегохарактерноразложение«царскойводкой»прикипячении,восста- новление водородом при 150°C и окисление кислородом при 350-400°C.
Диселенидплатины(селенидплатины(IV),PtSe2)представляетсобойполупровод- ник в зависимости от толщины монослоев. Получение диселенида платины осуществляется сплавлением стехиометрических количеств чистых веществ при 1000°C [4], также он может бытьобразованнагреваниемтонкойфольгиплатинывпарахселенапри 400°Cилипутемоса- ждения в водном растворе Pt (IV), обработанном селеноводородом (H2Se). В эксперименте Столяровой, Осадчего [4], посвященного калориметрическому определению энтальпии обра- зования диселенида платины, образец PtSe2был получен методом сухого синтеза в ампулах из кварцевого стекла. Далее с помощью рентгенофазового анализа было подтверждено нали- чие только диселенида платины. Диселенид платины встречается в природе в виде минерала судовиковитизгруппымелонита[5].ПервоначальноеместонахождениеЗаонежскийполуост- ров (Карелия, Россия), был открыт в 1995 году, назван в честь русского петролога Н.Г. Судо- викова[6].Диселенидплатиныпредлагаетсядляиспользованиявкачестведетекторасреднего инфракрасного диапазона. Также может работать как катализатор и быть встроен в полевые транзисторы. В сочетании с графеном он может быть фотокатализатором, превращающим воду и кислород в реакционноспособный гидроксильный радикал и супероксид [6].
Дителлуридплатины(теллуристаяплатина,PtTe2).Дителлуридплатиныможнопо- лучить сплавлением стехиометрических количеств чистых веществ при 1150° C [7]. По дан- нымавторов[3,8]висследованиях,посвященныхкалориметрическому определениюэнталь- пий образования дителлурида платины, для получения образца удобнее всего использовать методсухогосинтеза.Вприродевстречаетсяминералмончеит—спримесямивисмута.Мон- чеит – редкий сульфидный минерал из группы мелонита. Первоначально был обнаружен в Мончегорском Cu-Ni месторождении (Кольский полуостров, Россия) [9].
Таблица1.Основныефизическиесвойствадихалькогенидовплатины
|
Соедине- ние |
Плот- ность, г/см³ |
Цветкри- сталлов |
Типсингонии |
Простран- ственная группа |
Температура плавления,°C |
|
PtS2 |
7.22 |
Черный |
Тригональная |
P3m1 |
850 |
|
PtSe2 |
9.54 |
Серо-чёрный |
Тригональная |
P3m1 |
1000 |
|
PtTe2 |
10.2 |
Светло-серый |
Тригональная |
P3m1 |
1250 |
Некоторые физические характеристики дихалькогенидов представлены в таблице 1. Длявсехисследуемыхкристалловхарактернаструктурайодидакадмия,поэтомуможноотме- тить ее слоистость. Каждый из монослоев имеет центральный слой атомов платины со слоем атомов халькогенасверху и снизу.Слоислабо связаныдруг сдругом, ивозможно расслаива- ние слоев на бислои или монослои.
Термодинамическиесвойствадихалькогенидовплатины
Втаблице2приведенытермодинамическиефункциидлякристаллическихдисульфида, диселенидаи дителлуридаплатины, найденныевлитературных источниках – статьях испра- вочниках.
Таблица2.Термодинамическиевеличиныдлядихалькогенидов платины при298.15К
|
Соединение |
ΔfHo,кДж/моль |
ΔfGo,кДж/моль |
So, Дж/(моль·К) |
Cpo, Дж/(моль·К) |
Источник |
|
PtS2 |
-108.78 |
-99.58 |
74.68 |
65.90 |
[10] |
|
-110.42 |
-101.23 |
74.17 |
71.45 |
[11] |
|
|
-111.71 |
-102.56 |
74.68 |
65.90 |
[12] |
|
|
-110 |
-100.84 |
74.68 |
65.9 |
[3] |
|
|
-110.46 |
-101.25 |
74.68 |
65.90 |
[13] |
|
|
-86.19 |
- |
74.50-84.50 |
- |
[14] |
|
|
-102.85 |
-112.01 |
74.70 |
65.90 |
[15] |
|
|
-102.29 |
-111.50 |
74.59 |
71.45 |
[16] |
|
|
-99.58 |
-108.78 |
74.68 |
71.49 |
[17] |
|
|
PtSe2 |
-79.5 |
-171.63 |
309.0 |
- |
[18] |
|
-116.7 |
- |
- |
- |
[4] |
|
|
PtTe2 |
-81.06 |
-75.21 |
121.0 |
- |
[3] |
|
- |
-75.437 |
121.0 |
- |
[12] |
|
|
-81.06 |
- |
- |
- |
[8] |
Анализ термодинамических данных (табл. 2) показал, что на сегодняшний день недо- статочно изученытермодинамические свойства диселенидаи дителлуридаплатины, поэтому необходимо получение новых надежных экспериментальных данных по термодинамическим характеристикам этих соединений.
Заключение
В настоящей работе был проведён поиск информации о методах синтеза и физико-хи- мическихсвойствах дихалькогенидовплатины.Изучены справочные илитературные данные
о термодинамических свойствах PtS2, PtSe2, PtTe2. Анализ термодинамических данных пока- зал необходимость дальнейших исследований диселенида и дителлурида платины, поэтому планируется методом адиабатической калориметрии изучить изобарные теплоемкости PtSe2, PtTe2, по полученным экспериментальным данным рассчитать их термодинамические функ- ции.
Списоклитературы
ПогодинС.А.Благородныеметаллы//Книгадлячтенияпонеорганическойхимии.Пособие для учащихся. Ч. II. — М.: Просвещение, 1975. — С. 206—221.
Лидин Р. А. Справочник. Неорганическая химия в реакциях. // Молочко В.А., Андреева Л. Л – 2 – е изд. – Москва: Дрофа, 2007. – 640 с.
WestrumE.F., Carson H.G., Gronvold F., Kjekshus A.Low temperatureyeatcapacities and ther- modynamicfunctionofsomepalladiumandplatinumgroupchalcogenides.II.Dichalcogenides;PtS2, PtTe2, and PdTe2 // J. Chem. Phys. – 1961. - №5. – P. 1670–1676.
Т.А.Столярова,Е.Г.ОсадчийСтандартныеэнтальпииобразованияселенидовплатины
PtSe2иPtSt0,8(Pt5Se4)изэлементов //Геохимия. –2010.-№1.–С.98-100.
Судовиковит//GeoWiki–открытаяэнциклопедияпонаукамоЗемлеURL:http://wiki.web.ru/ (дата обращения: 11.12.2021).
MuhammadZulfikar,IlchangZhao,GengLi,SafdarNazirTunableconductivityandsemimetallic ferromagnetism in single-layer platinum diselenide: a study of first principles // Journal of Physical Chemistry. – 2016. - №. 43. – С. 120-126.
Groeneveld Meijer W.O.J. Synthesis, structures and properties of platinum metals tellurides // Amer. Mineralogist. V. -1955. - №. 40. – 646–57.
Т. А. Столярова, Е. Г. Осадчий Стандартные термодинамические свойства дителлуридов палладия и платины // Геохимия. – 2011. - №. 10. – С. 1106 – 1110.
ГабовД.А.МинералыЭПГиAuизмалосульфидныхрудмассиваПанскихтундр(Кольский полуостров) // Записки РМО. – 2009. - №. 138. – С. 112-118.
Wagman D., Evans W.H., Parker V.B. NBS tables of chemicals thermodynamic properties. // Washington. – 1982. - №. 11. – P. 407.
КаржавинВ.К.,Сульфидыпалладияиплатины.Термодинамическиесвойства.//Эл-науч. Журнал Вестник Отделения наук о Земле РАН. – 2004. - №. 1. С. 15-22.
Термические Константы Веществ // Химическая наука и образование в России URL: http://www.chem.msu.ru/ (дата обращения: 07.12.2021).
SassaniD.C.,ShockE.L. //Dep.Earthand PlanetarySci.1982.V. 62.№15.P. 2643–2671.
Карпов И.К.,КашикС.А.,ПампураВ.Д.Константывеществ длятермодинамическихрасче- тов в геохимии и петрологии. М.: Наука, 1968. 144 с.
Ефимов А.И., Белорикова И.И., Василькова И.В. и др. Свойства неорганических соедине- ний. Справочник. Л.: Химия, 1983. 392 с.
Каржавин В.К. Сульфиды, селениды, теллуриды платины и палладия. Оценка термодина- мических свойств // Геохимия. 2007. Т. 45. № 9. С. 1014–1021.
Наумов Г.Б., Рыженко Б.Н., Ходаковский И.Л. Справочник термодинамических величин (для геологов). М.: Атомиздат, 1971. 240 с.
MillsK.C.Thermodynamicdataforinorganicsulphides,selenidesandtellurides.//B.Sc.,Ph.D., SeniorScientificofficer,NationalPhysicalLaboratory,Teddington,Middx., London. – 1974.-№5. P. 845.