Раздел 4. Математическое моделирование

Работа 7. Моделирование равновесных процессов в водных растворах

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ": Данная модель отображает равновесные или близкие к ним состояния соединений в системах ИОНЫ МЕТАЛЛОВ - ВОДА - ИОН ГИДРОКСИЛА - ЛИГАНДЫ. Модель включает:" 1) УРАВНЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА, включающее как соединения с высокими значениями мольных долей в составе системы, так и соединения с их низкими значениями при условии включения их в состав осадков или других определяющих состояние системы условий. Составляются отдельные уравнения материального баланса для каждой базисной частицы системы." 2) УСЛОВИЯ НАСЫЩЕННОСТИ РАСТВОРА, определяемые во первых известным правилом растворимости осадков, во вторых предельной концентрацией нейтрального соединения в растворе, совпадающего по стехиометрии с составом осадка и в третьих предельной концентрацией соединения в растворе, несовпадающего по стехиометрии с составом осадка." 3) РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ В РАСТВОРЕ И ОСАДКЕ, подразделяемых на соединения базисного ряда, полиядерные, гетероядерные, гетеролигандные, оксогидроксиды и т.д. К базисному ряду относятся соединения, имеющие высокие мольные доли при приближении общей концентрации иона металла к нулю." 4) УЧЕТ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ в системе так как от них зависят значения констант равновесий, значения мольных долей соединений в системе и области их существования в параметрических координатах. 5) УЧЕТ ОТКЛОНЕНИЙ ОТ РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ вследствие возможности образования одного соединения несколькими путями (что может привести к ощутимым колебаниям параметров системы); наличия в системе кинетических или термодинамических ограничений для отдельных процессов."

На первом этапе в уравнение материального баланса по иону металла и по лиганду включаются соединения только базисного ряда. При этом выявлена следующая закономерность: значения всех констант устойчивости соединений базисного ряда до нейтрального комплекса равны, а константы устойчивости соединений с отрицательным зарядом имеют значения на 4-6 порядков меньше (это определяется различными механизмами их образования: в первом случае за счет гидролиза, а во втором - присоединением OH^- групп). На втором этапе проводился подбор значений констант устойчивости соединений базисного ряда, таким образом, чтобы теоретические функции образования были сдвинуты в область более высоких значений pH" относительно экспериментальных кривых. Значения констант отрицательно заряженных комплексов базисного ряда подбираются до совпадения кривых экспериментальных и теоретических в сильно щелочной области. Далее в материальный баланс включаются константы устойчивости полиядерных гидроксокомплексов с наибольшим значением функции образования по металлу и, изменяя их значения, добиваются совпадения ТФО с ЭФО. Величина расхождения и угол наклона кривых титрования для различных концентраций по иону металла в области низких значений pH зависит от соотношения n/m. Чем больше значение последней, тем больше расхождение и величина угла наклона ТФО. Если ТФО и ЭФО не совпадают, необходимо перейти ко второй итерации и увеличить значения констант базисного ряда, что в свою очередь приведет к необходимости уменьшить значения константы устойчивости полиядерного гидроксокомплекса с наивысшим значением функции образования по металлу. В случае, если наблюдается плохое совпадение ТФО и ЭФО для кривых, описывающих титрование растворов с высокими концентрациями, в уравнение материального баланса необходимо добавить константы для полиядерных гидроксокомплексных соединений с меньшим значением n_m и n_l. Итерации проводятся до удовлетворительного совмещения теоретических и экспериментальных кривых.

Работа 8. Планирование синтеза наносоединений на основе моделирования равновесных процессов в водных растворах

Образование тонкой нанокристаллической пленки сульфида свинца (PbS) происходт через распад промежуточного комплексного соединения Pb(OH)₂TM. Концентрация Pb(OH)₂TM, израсходованная на образование тонкой пленки, восстанавливается за счет Pb(OH)₂ и Pb(OH)₃^–_. В конечном итоге скорость реакции образования тонкой пленки определяется уравнением:

V_PbS = K_*C_Pb(OH)2*C_Pb(OH)3–

C использованием программы EQ необходимо рассчитать области существования соединений Pb(OH)₂ и Pb(OH)₃^– и оптимальную область в физическом пространстве для синтеза тонкой нанокристаллической пленки PbS. Сделать соответствующие заключения о рецептуре синтеза (значение рН раствора, концентрации реагентов).

Работа 8. Планирование синтеза наносоединений на основе моделирования равновесных процессов в водных растворах

Образование тонкой нанокристаллической пленки сульфида свинца (PbS) происходт через распад промежуточного комплексного соединения Pb(OH)₂TM. Концентрация Pb(OH)₂TM, израсходованная на образование тонкой пленки, восстанавливается за счет Pb(OH)₂ и Pb(OH)₃^–_. В конечном итоге скорость реакции образования тонкой пленки определяется уравнением:

V_PbS = K_*C_Pb(OH)2*C_Pb(OH)3–

C использованием программы EQ необходимо рассчитать области существования соединений Pb(OH)₂ и Pb(OH)₃^– и оптимальную область в физическом пространстве для синтеза тонкой нанокристаллической пленки PbS. Сделать соответствующие заключения о рецептуре синтеза (значение рН раствора, концентрации реагентов).

Работа 8. Планирование синтеза наносоединений на основе моделирования равновесных процессов в водных растворах

Образование тонкой нанокристаллической пленки сульфида свинца (PbS) происходт через распад промежуточного комплексного соединения Pb(OH)₂TM. Концентрация Pb(OH)₂TM, израсходованная на образование тонкой пленки, восстанавливается за счет Pb(OH)₂ и Pb(OH)₃^–_. В конечном итоге скорость реакции образования тонкой пленки определяется уравнением:

V_PbS = K_*C_Pb(OH)2*C_Pb(OH)3–

C использованием программы EQ необходимо рассчитать области существования соединений Pb(OH)₂ и Pb(OH)₃^– и оптимальную область в физическом пространстве для синтеза тонкой нанокристаллической пленки PbS. Сделать соответствующие заключения о рецептуре синтеза (значение рН раствора, концентрации реагентов).