Рентгенофазовый анализ продуктов взаимодействия паров иодистого метила с некоторыми соединениями серебра Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 621.039.7

Е.И. Закатилова, Тугсуу Уянга, А.О. Меркушкин*, А.В. Обручиков

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: polaz@mail.ru

РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ ПРОДУКТОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПАРОВ ИОДИСТОГО МЕТИЛА С НЕКОТОРЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ СЕРЕБРА

Аннотация

В работе сделана сравнительная оценка реакционной способности некоторых соединений серебра по отношению к газообразному иодистому метилу при комнатной температуре. Методом рентгенофазового анализа проведена идентификация продуктов взаимодействия и сделаны выводы о полноте протекания реакции.

Ключевые слова: радиоиод; метилиодид; соединения серебра; реакционная способность.

Одной из основных задач, которую приходится решать в ходе эксплуатации ядерных энергетических установок (ЯЭУ), является проблема создания высокоэффективной системы газоочистки. Среди радиоактивных газообразных нуклидов особое место занимают продукты деления - иод-129 (Т1/2=1,57407 лет) и иод-131 (Т1/2=8,02 суток). Иод представляет серьезную биологическую опасность вследствие высокой мигрирующей способности и возможности накопления в щитовидной железе.

В настоящее время для улавливания летучих форм радиоиода на предприятиях атомной отрасли широко применяются иодные серебросодержащие сорбенты, получаемые нанесением одной из химических форм серебра на пористую инертную матрицу. Нанесение серебра обычно проводится пропиткой носителя раствором А§К03 с последующим высушиванием [1]. Получаемые сорбенты характеризуются высокой эффективностью улавливания различных форм иода, но Л§К03 растворимая в воде соль, а также имеет невысокую верхнюю границу температурного диапазона

устойчивости. Этим обусловлен интерес к поиску новых соединений серебра, не уступающих ему по свойствам, но не имеющие его недостатков.

Задачей настоящей работы являлось исследование некоторых химических свойств ряда соединений серебра, которые могли бы оказаться перспективными для улавливания радиоактивного метилиодида.

Для проведения экспериментов были выбраны и получены порошки следующих соединений серебра: Л§С1, Л§20, Л§0, Л§2Сг207 и Л§2Мо04. Все порошки, за исключением А§К03 и А§0 были получены по реакциям осаждения из раствора нитрата серебра. Высший оксид серебра А§0 получали пропусканием озона над тонкодисперсным металлическим серебром в течение 9 часов:

лб + 0з = лб0 + 02 (1)

Получение тонкодисперсного серебра, использованного для синтеза А§0, проводили по реакции А§20 с глюкозой в щелочной среде при нагревании:

СН2ОН - (СНОН)4 - СОН + Äg2Ü = СН2ОН - (СНОН)4 - СООН + 2Ag|

(2)

Чистоту соединений определяли методом рентгенофазового анализа, по результатам которого выяснилось, что все соединения являются монофазными.

Как известно [2], наиболее трудно улавливаемыми формами иода являются алкилиодиды, в частности, иодистый метил. Поэтому была определена реакционная способность полученных соединений по отношению парам иодистого метила. Для этого навески порошков были помещены в эксикатор с парами иодистого метила, после чего через определенные промежутки времени фиксировали изменение массы порошков, свидетельствующее о протекании реакции с СН31.

Эксперимент показал (табл. 1), что все полученные соединения серебра вступают в реакцию с газообразным иодистым метилом при комнатной температуре. При этом с наибольшей скоростью реакция идет в случае нитрата и дихромата серебра. Молибдат и оксиды серебра также вступают в реакцию в этих условиях - относительный прирост

массы этих порошков в пересчете на А§ в течение эксперимента составил от 30% до 94%.

Реакция с хлоридом серебра практически не прошла, что, по-видимому, обусловлено отсутствием у этого соединения выраженных окислительных свойств. Небольшой прирост массы в этом случае может объясняться физической адсорбцией паров иодистого метила на высокодисперсном порошке и/или медленным обменом иода на хлор при контакте поверхности кристаллов с газовой фазой.

Идентификацию продуктов взаимодействия порошков с парами иодистого метила при комнатной температуре проводили методом рентгенофазового анализа. Дифрактограммы порошков после завершения эксперимента (через 7 суток выдержки) приведены на рис. 1-6.

Реакция оксида серебра А§20 с парами иодистого метила прошла полностью с образованием иодида серебра в качестве единственного твердого продукта (рис. 1).

Таблица 1. Поглощение паров СНз1 в статическом режиме при комнатной температуре

Соединение Прирост массы (% к Ag), спустя некоторое время в парах CH3I

3 часа 5 часов 1 сутки 2 суток 3 суток 7 суток

AgO 8% 9% 14% 14% 25% 31%

Ag2MoO4 16% 22% 41% 57% 68% 69%

AgNO3 43% 46% 48% 51% 53% 76%

Ag2&2O7 39% 42% 55% 72% 86% 86%

AgCl 4% 4% 7% 11% 13% 10%

Ag2O 13% 19% 52% 79% 92% 94%

100% -

90% -

А 80% -

х 70% -

х 60% -

s 50% -

40% -

30% -

20% -

10% -

0%

Рис. 1. Дифрактограмма Ag2O после выдержки 7 суток в парах CH3I

100% -

90% -

fi 80% -

; 70% -

; 60% -

50% -

40% -

30% -

20% -

10% -

0%

О СО CD ai СМ Ю СО

СМЮСОт— — OÇOÇD©CN

гчгчгмсососо^^ ^УгЙ! 2

100%

90%

fi 80%

= 70%

X 60%

s 50%

40%

30%

20%

10%

0%

ОСОЮСЛСМЮСОч-^ГГ^ОСОЮСЛСМ

^^^^очочочсососо^^гч- угдл 2 $ o

Рис. 2. Дифрактограмма AgCl после выдержки 7 суток в парах CH3I

100% 90%

5 80%

g

§ 70%

ir

0J

S 60%

s к

| 50%

s

Ë 40%

о с

g 30% -20% 10% 0%

Рис. 3. Дифрактограмма AgO после выдержки 7 суток в парах CH3I

Угол 2QQ

Рис. 4. Дифрактограмма AgNO3 после выдержки 7 суток в парах CH3I

Рештенофазовый анализ порошка AgCl после контакта с парами метилиодида показал (рис. 2) присутствие небольшого количества иодида серебра, что, по-видимому, свидетельствует о медленном протекании реакции обмена талотенами между кристаллической и тазовой фазами. При комнатной температуре скорость этото процесса крайне низка.

Исходя из анализа дифрактотраммы высшето оксида серебра тлавным продуктом взаимодействия паров иодистото метила с AgO является иодид серебра Agi (рис. 3). Также на дифрактотрамме фиксируются рефлексы не прореатировавшето AgO, и примеси Ag2O.

Единственным твердым продуктом

взаимодействия нитрата серебра с иодистым метилом при комнатной температуре является иодид серебра Agi (рис. 4).

Реакция кристаллического молибдата серебра с парами иодистото метила также приводит к образованию Agi. Рефлексы друтото ожидаемото продукта реакции - MoO3 - обнаружены не были. Возможно, они менее интенсивны и перекрываются рефлексами Agi (рис. 5). Также присутствуют рефлексы исходной фазы - Ag2O-MoO3 (Ag2MoO4), что указывает на неполноту протекания процесса в условиях эксперимента.

100% 90%

¡5 80% -

0

£ 70% -

со s

х 60% -

¡е

1 50% -тс

то

40% -

Ё

È 30% -

о

о

J 20% -10% -

0%

'S

Уг2п 2 $

Рис. 5. Дифрактограмма Ag2MoO4 после выдержки 7 суток в парах СШ1, где Мо - Ag2O•MoOз

По полученной дифрактограмме порошка дихромата серебра после выдержки в атмосфере метилиодида (рис. 6) можно говорить о заметной степени превращении дихромата серебра в иодид. На дифрактограмме присутствуют также рефлексы исходного соединения (А§2&207). Также среди продуктов реакции обнаружены небольшие количества различных оксидов хрома и хромата серебра.

100% -90% -з 80% -5 70% -= 60% -

: 50% -

с э

5 40% -

Е 30% -

э

= 20% -10% -0%

СО CD О) СЧ

Угол 2

Рис. 6. Дифрактограмма Ag2Cr2O7 после выдержки 7 суток в парах CH3I, где X - Ag2CnO7, Y - Ag2CrO4, O3 -Cr3O8, O5 - &5O12, O8 - Cr8O21 Таким образом, можно заключить, что главным продуктом взаимодействия паров иодистого метила со всеми исследованными соединениями при комнатной температуре является иодид серебра Agi. При этом превращение прошло полностью в случае с оксидом и нитратом серебра. Превращение молибдата, хромата и высшего оксида в иодид серебра оказалось частичным, в то время как хлорид серебра практически не вступил в реакцию.

Закатилова Елена Игоревна студентка 5 курса кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Тугсуу Уянга студентка 5 курса кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д.

И. Менделеева, Россия, Москва

Меркушкин Алексей Олегович к.х.н., с.н.с. кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Обручиков Александр Валерьевич к.т.н., доцент кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Литература

1. Сорбент для улавливания радиоактивного иода из газовой фазы: .пат. 2288514 Рос. Федерации. № 2005114198/06; заявл. 11.05.2005; опубл. 27.11.2006.

2. Kovach, J. L. History of Radioiodine Control // Proc. of 25-th DOE/NRC Nuclear Air Cleaning and Treatment Conference. 1998. P. 304 - 319.

ZakatilovaElenaIgorevna, Tugsuu Uyanga, Merkushkin Alexey Olegovich*, Obruchikov Alexander Valeryevich

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: polaz@mail.ru

X-RAY ANALYSIS OF INTERACTION PRODUCTS OF METHYL IODIDE AND SILVER COMPOUNDS

Abstract

This paper presents a comparative evaluation of the reactivity of certain compounds of silver relative to the methyl iodide at room temperature. X-ray diffraction was used to identify the reaction products.

Key words: radioiodine; methyl iodide; silver compound; reactivity.