Введение к работе
Актуальность проблемы. Физико-химический анализ является наиболее общим методом исследования превращения веществ и широко применяется в химии и химической технологии. Физико-химический анализ многокомпонентных систем рассматривается как основа современного материаловедения.
До настоящего времени с использованием физико-химического анализа исследовались системы с обменными реакциями, реакциями соединения. Одним из распространенных реакций, окислительно-восстановительным (ОВР), при изучении фазовых диаграмм внимание практически не уделялось. Так, в доступной нам литературе отсутствуют диаграммы, на которых представлены области ОВР. В тоже время разработка энергонасыщенных композиций с использованием ОВР является перспективным направлением современной физической химии.
В связи со значительным увеличением энергопотребления, а также сокращением углеводородных невозобновляемых источников энергии возникла необходимость поиска новых источников энергии. В качестве перспективного подхода нами рассматриваются химические системы типа «окислитель – восстановитель - вода». Окислители и восстановители, взаимодействуя между собой, могут выделять значительное количество энергии, которую можно превратить в механическую работу. Компоненты ОВР могут вступать в реакцию, как в присутствии воздуха, так и без него. Ингредиенты должны обладать следующими свойствами: возобновляемость, дешевизна, безопасность при хранении и эксплуатации. Такие композиции могут применяться в разнообразных отраслях промышленности, в том числе и военных. Фундаментальной основой для разработки энергонасыщенных композиций является фазовые диаграммы систем типа «окислитель – восстановитель - вода». Таким образом, исследование фазовых диаграмм с наличием ОВР является важным для решения ряда теоретических и прикладных задач, связанных с разработкой энергонасыщенных композиций.
Цель работы. Получение физико-химических характеристик систем с наличием окислительно-восстановительных процессов для разработки неуглеводородных энергонасыщенных композиций.
Задачи исследования:
-
Проанализировать современное состояние проблемы поиска альтернативных источников энергии.
-
Обосновать выбор ингредиентов и формирование двух-, трех-, четырехкомпонентных систем для разработки энергонасыщенных композиций.
-
Установить характеристики эвтоник двухкомпонентных систем: CO(NH2)2 * НNO3 – H2O, NH4СlO4 – H2O, NaСlO4 – H2O и эвтектик в системах NH4NO3 – NaСlO4, NH4NO3 – NH4СlO4.
-
Построить политермы кристаллизации трехкомпонентных систем NH4NO3 – NH4СlO4 – H2O, NaСlO4 – CO(NH2)2 – H2O, NH4СlO4 – CO(NH2)2 – H2O, CO(NH2)2 *НNO3 – С2Н5NО – H2O, NH4NO3 – С6Н12N4 – H2O с использованием современных методов моделирования и аппаратуры физико-химического анализа.
-
Моделирование и экспериментальное подтверждение характеристик эвтоник четырехкомпонентных систем: NH4NO3 – NH4СlO4 – CO(NH2)2 – H2O, NH4NO3 – NaСlO4 – CO(NH2)2 – H2O, NH4NO3 – CO(NH2)2 – С2Н5NО – H2O.
Методы исследования:
Для решения поставленных задач использовалось компьютерное моделирование и экспериментальные методы физико-химического анализа: визуально-политермический анализ (ВПА), дифференциальный термический анализ (ДТА).
Научная новизна:
-
Показано наличие на фазовых диаграммах областей окислительно-восстановительных процессов в двухкомпонентных системах: CO(NH2)2 *НNO3 – H2O, NH4СlO4 – H2O, NaСlO4 – H2O, NH4NO3 – NaСlO4, NH4NO3 – NH4СlO4.
-
Построены политермы кристаллизации трехкомпонентных систем: NH4NO3 – NH4СlO4 – H2O, NaСlO4 – CO(NH2)2 – H2O, NH4СlO4 – CO(NH2)2 – H2O, CO(NH2)2 *НNO3 – С2Н5NО – H2O, NH4NO3 – С6Н12N4 – H2O.
-
На фазовых диаграммах трехкомпонентных систем выделены области и температуры начала окислительно-восстановительных реакций.
-
Рассчитаны и экспериментально подтверждены характеристики эвтоник четырехкомпонентных систем: NH4NO3 – NH4СlO4 – CO(NH2)2 – H2O, NH4NO3 – NaСlO4 – CO(NH2)2 – H2O, NH4NO3 – CO(NH2)2 – С2Н5NО – H2O.
Практическая ценность работы. Результаты диссертационного исследования предложены для разработки энергоемких композиций, в том числе позволяющих снижать расход дефицитного углеводородного сырья.
На защиту автор выносит. Новые данные по диаграммам состояния двух-, трех-, четырехкомпонентных эвтонических систем, в том числе с наличием окислительно-восстановительных процессов между компонентами.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 5-ой Международной конференции молодых учёных «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2004); 1-3 Международных форумах (6 - 8 Международных конференциях молодых учёных) «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2005 – 2007); Международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной химии в исследованиях молодых ученых» (Астрахань, 2006). По материалам диссертации опубликовано 15 статей, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАКом.
Личный вклад соискателя: участие в постановке задач исследования, интерпретации полученных результатов. Проведение эксперимента и его обработка.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, выводов, списка литературы (111 наименований). Общий объем работы составляет 142 страницы, содержит 43 таблицы и 79 рисунков.
