"元素化学实验"中的热致变色现象(一)——部分Co(Ⅱ)化合物的热致变色现象及其变色机理探讨

2021年沃尔夫化学奖颁给了Leslie Leiserowitz和Meir Lahav两位教授,以此来表彰他们在证明三维分子结构与有机晶体结构之间相互影响中的贡献。他们的研究成果,极大地补充了科学界对于有机大分子自组装的相关机理的理解,为有机晶体化学领域的发展做出了杰出的贡献。本文以此为契机简要介绍了两位2021年沃尔夫化学奖获得者及沃尔夫奖的历史与地位。     

“元素化学实验”中的热致变色现象(一)——部分Co(Ⅱ)化合物的热致变色现象及其变色机理探讨

以探讨Co²⁺鉴定实验过程中意外发现在适量CoCl₂溶液中加入适量NH₄SCN溶液的体系具有可逆热致变色现象为切入点,在分析和探讨其热致变色机理的基础上,顺势通过"先做后教、以做定教"实验教学的"翻转课堂"模式,即学生完成元素化学实验,具有亲身经历和切身体会后,以"问题"为导向,以生动直观的演示实验现象为基础,引导学生直观认识一些Co(Ⅱ)化合物的热致变色现象及其影响因素,启发学生应用化学原理与化学知识解释和探讨热致变色现象产生的本质,以加深学生对配合物的结构、性质以及分裂能概念的理解,培养学生的观察、分析、判断、归纳、推理、总结和探索规律的能力以及"批判性"思维能力。     

热致变色化合物TiO[VO(SO_4)_2(H_2O)_3]·2H_2O的合成及其性能

热致变色示温材料具有操作方便,测温范围广和不需要复杂仪器等优点,因而广泛用于宇航事业、热记录材料及传感器等。钒为我国丰产元素,钒化合物的热致变色研究报导不多。本文报导氧钒(Ⅳ)化合物作为热致变色材料的探索。     

2种偶氮席夫碱类化合物的合成及其热致变色性质

通过重氮偶合反应制得2种氨基偶氮化合物在经纯化下燥后,与水杨醛的乙醇溶液在60℃反应4 h分别得到2种偶氮席夫碱类目标化合物,通过元素分析、核磁共振氢谱、红外光谱测试技术表征了其结构.紫外光谱测试化合物在DMSO溶液的紫外吸收,在升温速率为1.5℃/min测试时,化合物A和B紫外吸收表现出热致变色性质;在45℃的恒定温度测试时,化合物A在450和348 nm的吸光度值与时间呈线性关系,化合物B在425和356 nm的吸光度值与时间呈线性关系.研究表明,2种偶氮席夫碱类化合物有良好的热致变色性,是性能良好的热致变色材料.     

2种偶氮席夫碱类化合物的合成及其热致变色性质

摘 要 合成了两种偶氮席夫碱类化合物,通过元素分析,核磁共振氢谱,红外光谱表征了其结构, 经紫外光谱测试表明,这两种化合物具有良好的热致变色性质,在恒定温度下,其trans-cis吸收波长的变化和时间的变化有较好的线性关系。     

萃取-火焰原子吸收法测定河水中的Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)

铬被广泛应用于电镀、印染、制革及纺织等行业,是造成河水和土壤铬污染的主要原因。铬在河水中主要以Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)形式存在,其价态不同,毒性也不同。适量Cr(Ⅲ)为人体所必需,以维持正常的新陈代谢;而Cr(Ⅵ)则被证明由于其强氧化性和对皮肤的高渗透性可以通过皮肤接触引起皮肤的溃烂、发炎,甚至导致生物的癌变,所以必须对样品中的Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)进行分别测定。     

Cr(Ⅵ)及Cr(Ⅲ)混合物中Cr(Ⅵ)的原子吸收测定——Cr(TTA)_3在石墨炉中挥发条件的研究

在pH5.7的乙酸-乙酸钠缓冲介质中,噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)与Cr(Ⅲ)络合,生成的络合物具有挥发性.Cr(Ⅵ)在同样条件下不发生反应.利用此特点可实现Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)在石墨炉内分离并测定Cr(Ⅵ).研究了影响Cr(Ⅲ)与TTA络合的反应酸度、试剂加入量、静置时间等条件,并对石墨炉内定量挥发Cr(Ⅲ),保留Cr(Ⅵ)的原子化条件进行了探讨,所拟定的方法用于合成水样分析,获得满意结果.     

Cr(Ⅲ)-羧基配位状态稳定性的理论研究

本文采用模型实验结合密度泛函理论B3LYP方法,研究了单核单齿配位、单核螯合配位、多核单齿配位以及多核双点配位Cr(Ⅲ)的氧化还原稳定性。结果显示,单核单齿配位体系的氧化还原稳定性低于单核螯合配位体系。模型实验与理论预测活性得出的结论一致。在此基础上,计算分析了多核Cr(Ⅲ)离子与羧基形成单齿配位结合和双点单齿配位结合后理论参数的差异。前线轨道能差表明这些配合物中Cr(Ⅲ)的氧化还原稳定性顺序为:单核螯合配位>单核单齿配位>四核双点单齿配位>三核单齿配位>二核单齿配位。研究结果将有益于控制皮革中Cr(Ⅵ)的产生。     

交联羧甲基魔芋葡甘聚糖对Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)的吸附行为研究

研究了交联羧甲基魔芋葡甘聚糖(Crosslinked carboxymethyl konjac glucomannan,CCMKGM)对Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)的吸附行为。用FTIR和RAMAN对吸附产物进行表征。结果表明,CCMKGM主要以配位的形式吸附Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ);吸附在60min内达到平衡,遵从二级动力学方程,其中Cr(Ⅲ)较好地符合粒子内扩散模型;pH对吸附量影响较大,适宜范围为3.0～7.0;CCMKGM对Fe(Ⅲ)的吸附行为符合Langmuir方程,而对Cr(Ⅲ)的吸附行为符合Freundlich方程,其最大吸附量分别为2.7mmol/g和2.2mmol/g(298K);吸附为自发的、吸热的、熵增加过程。CCMKGM对Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)的吸附具有吸附容量大、适宜pH范围宽、再生性好等特点,有望将其作为吸附剂用于污水处理及铁和铬的形态分析。     

聚丙烯酰胺与Cr(Ⅲ)低聚物交联机理的研究

采用分离Cr(Ⅲ )低聚物 ,分别考察其与聚丙烯酰胺反应活性的方法 ,研究了Cr(Ⅲ )低聚物与部分水解的聚丙烯酰胺交联机理 .用离子交换色谱法分离Cr(Ⅲ )低聚物得到纯的单体、二聚体和三聚体 ,经紫外、氧化还原滴定和离子色谱法确定了它们的结构 ,分别用它们与部分水解的聚丙烯酰胺交联反应 .在pH =6～ 12 ,聚合物浓度在 30 0～ 10 0 0mg L ,交联剂Cr(Ⅲ )浓度在 2～ 2 5mg L的范围 ,对成胶因素进行对比研究 .实验结果发现二聚体成胶的pH范围宽 ,用量少 ,三聚体次之 ,单体最差 .说明Cr(Ⅲ )低聚物是成胶反应的决定步骤 ,二聚体的反应活性最高 .从而完善地阐述了Cr(Ⅲ )离子与聚丙烯酰胺交联反应的机理     

壳聚糖改性磁性碳基吸附剂的制备及其对水中Cr(Ⅲ)-EDTA的吸附机理

利用二茂铁制备磁性碳基材料(Fe_3O_4@C),通过壳聚糖(CS)功能化,制备CS改性Fe_3O_4@C复合吸附材料(Fe_3O_4@C-CS)。利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、热重分析(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)等对Fe_3O_4@C-CS表征分析,并通过改变浓度、温度、时间、pH和阳离子等条件系统研究对水中已配位的三价铬(Cr(Ⅲ)-EDTA)的吸附性能。结果表明Fe_3O_4@C已经成功被CS功能化,在pH=4.0、反应温度25℃、投加量0.4 g·L~(-1)时,吸附等温线符合Langmuir模型,理论最大吸附量为12.63 mg·g~(-1),吸附动力学符合拟二级动力学模型,吸附行为是自发进行的吸热过程。结合吸附实验结果和XPS表征分析,静电吸附和配位作用是Fe_3O_4@C-CS吸附剂去除水中Cr(Ⅲ)-EDTA的主要机制。4次吸附-脱附循环后,Fe_3O_4@C-CS对水中Cr(Ⅲ)-EDTA仍具有较高的吸附效率。     

镧(Ⅲ)系锑硒化合物[Ln(en)_4]SbSe_4·0.5en(Ln=Dy,Ho)的溶剂热合成与晶体结构(英文)

本文研究了Ln2O3/Sb/Se/en溶剂热反应体系,合成了2个镧(Ⅲ)系锑硒化合物[Ln(en)4]SbSe4·0.5en[Ln=Dy(1),Ho(2)],用元素分析和红外光谱对化合物进行了表征,并用X-射线单晶衍射测定了化合物的单晶结构,两者都属于单斜晶系,P21/n空间群。结构对比研究发现,在en溶剂中,SbSe43-离子可以与半径较大的La3+和Nd3+离子配位,而不与半径较小的Dy3+和Ho3+离子配位,可见镧系收缩效应对SbSe43-离子与镧系金属离子Ln3+的配位有重要影响。     

二(过碘酸根)合铜(Ⅲ)酸根离子氧化二乙醇胺的反应动力学及机理

在25～40℃区间用分光光度法在碱性介质中研究了二(过碘酸根)合铜(Ⅲ)酸根配离子(DPC)氧化二乙醇胺(DEA)的反应动力学。结果表明,反应对DPC为一级,对二乙醇胺是1.7～1.9级。准一级速率常数k_obs随［OH^-］增大而增大,随［IO^-₄］ex(外加的IO^-₄离子浓度)的增加而减小,也随［KNO₃］增大而减小,有负盐效应。在氮气保护下,反应体系能引发丙烯腈聚合。提出了含有自由基过程的反应机理。经此导出的速率方程圆满地解释了全部实验事实,并计算出速控步骤的速率常数及相应的活化参数。     

Al掺杂Sm_3Fe_5O_(12)的合成、结构及热致变色性能

采用高温固相法合成了一系列热致变色材料Sm_3Fe_(5-x_Al_xO_(12)(x=0,0.1,0.3,0.5),通过粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱,X射线光电子能谱(XPS)和固体紫外光谱(UV)对产物进行了表征.结果表明,样品在Al掺杂量(x)为0~0.5范围内均能得到纯相,材料中的Fe—O键为主要发色基团,随着温度的升高,样品颜色由黄绿色逐渐变为棕红色,变色区间为室温到240℃.     

仲辛基苯氧基乙酸萃取稀土(Ⅲ)的机理

氯化稀土;萃取机理;仲辛基苯氧基乙酸萃取稀土(Ⅲ)的机理     

“元素化学实验”中的“异常”现象(一)--Mn元素化学实验中的“异常”现象及其探析

大一学生在“元素化学实验”教学过程中,对反应条件如温度、催化剂、酸度、浓度或试剂用量等因素的影响考虑不周,可能出现某些实验现象和预想的或理论分析的结果不一致的“异常”现象。本文就学生在Mn元素化学实验过程中遇到的一些“异常”现象进行分析和总结,借助生动直观的演示实验,引导学生探究“异常”现象产生的可能原因和直观认识反应条件对反应结果的影响,培养学生的观察、分析、判断、归纳、推理和解决实际问题的能力。     

“元素化学实验”中的“异常”现象(一)--Mn元素化学实验中的“异常”现象及其探析

大一学生在“元素化学实验”教学过程中,对反应条件如温度、催化剂、酸度、浓度或试剂用量等因素的影响考虑不周,可能出现某些实验现象和预想的或理论分析的结果不一致的“异常”现象。本文就学生在Mn元素化学实验过程中遇到的一些“异常”现象进行分析和总结,借助生动直观的演示实验,引导学生探究“异常”现象产生的可能原因和直观认识反应条件对反应结果的影响,培养学生的观察、分析、判断、归纳、推理和解决实际问题的能力。     

磷钼酸与聚醋酸乙烯固容体的热敏性变色——乙烯醇醋酸乙烯高分子金属钼(Ⅲ)配合物的形成

PMo_(12)-PVAc固容体是一种不可逆的热敏性变色材料,以XPS和ESR等探讨它在100℃或120℃时产生的暗红色组分。推断PVAc在PMo_12的酸性作用下部分醇解形成VA-VAc高聚物,继而与PMo_(12)发生氧化还原反应生成蓝色的Mo(Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ)配合物,尚有Mo(Ⅲ)产生,并固定在高聚物支链上,形成了VA-VAc高分子金属钼(Ⅲ)配合物而引起高聚物分子间交联成为暗红色的固化膜。     

草鱼鳞胶原蛋白纳米银溶胶的制备及其对水中Cr(Ⅲ)的检测

以草鱼鳞胶原蛋白为稳定剂,AgNO_3为银源,茶多酚(TP)为还原剂,采用化学还原法快速合成了草鱼鳞胶原蛋白纳米银(Col-nAg)溶胶。考察了AgNO_3浓度、pH值及TP浓度对Col-nAg溶胶制备的影响。得到Col-nAg溶胶的最优制备条件为0.02 mol/L AgNO_3,pH 7.0和2 mol/L TP,所得纳米银平均粒径为4.45 nm,且可在4℃下保存60 d无明显变化。将Col-nAg溶胶用于Cr~(3+)检测,纳米银颗粒与Cr~(3+)之间发生非交联团聚,溶胶颜色由黄色变为褐色,纳米银粒径变大,检测范围为0～10μg/mL,检出限为0.5μg/mL。最优检测条件为pH 7.0,25℃下反应5 min。该反应对Cr~(3+)具有高选择性。     

铬(Ⅲ)离子催化铈(Ⅳ)离子氧化四氢糠醇的反应动力学及机理

在酸性介质中用氧化还原滴定法研究了铈(Ⅳ)离子在铬(Ⅲ)离子催化作用下,于25～40℃区间氧化四氢糠醇的反应动力学.结果表明反应对铈(Ⅳ)和四氢糠醇均为一级.准一级速率常数kobs随催化剂[Cr(Ⅲ)]增加而增大,亦随[H+]增加而增大,而随[HSO-4]增加而减小.在氮气保护下,反应不能引发丙烯酰胺聚合,说明在反应中没有自由基产生.提出了催化剂、底物和氧化剂间生成双核加合物的反应机理.通过kobs与HSO-4的依赖关系,并结合Ce(Ⅳ)在溶液中的平衡,找到了本反应体系的动力学活性物种是Ce(SO4)2.还计算出一些速率常数及相应的活化参数.