Из истории лаборатории     Фундаментальные научные проблемы  Партнеры    Оборудование

Краткие сведения об истории лаборатории

Тема клатратных соединений в Институте появилась в начале семидесятых годов (первая работа была опубликована в 1966 году) благодаря пионерским работам Юрия Алексеевича Дядина, тогда молодого исследователя, приехавшего сразу после окончания химического факультета МГУ в только что организованный в Сибирском отделении академиком А.В. Николаевым Институт неорганической химии. Успешное развитие работ в этом направлении привело к созданию в 1974 году первой и единственной в России лаборатория клатратных соединений, которую Ю.А. Дядин возглавил и которой руководил на протяжении почти тридцати лет. Доктор химических наук, профессор Юрий Алексеевич Дядин был известен в нашей стране и признан мировой научной общественностью как один из ведущих специалистов в области физико-химии клатратных соединений. Его вклад в это направление составляет более 220 научных статей. К основным достижениям Ю.А. Дядина и созданной им научной школы относятся физико-химические и структурные исследования газовых гидратов при высоких давлениях, установление стехиометрических закономерностей в клатратообразующих системах (клатратные гидраты, клатраты Вернеровских комплексов, соединения мочевины), открытие явления контактной стабилизации молекул при клатрации. Научные труды Ю.А. Дядина всегда находились на переднем крае науки, многие из них уже можно назвать классическими. Сейчас лабораторию клатратных соединений возглавляет ученик Юрия Алексеевича  - д.х.н. А.Ю. Манаков.

В 2006 году в состав лаборатории вошла группа исследователей под руководством к.х.н., доцента Б.С. Смолякова, выполняющая исследования по химии окружающей среды в двух направлениях:   а - исследование поведения загрязняющих веществ в природных пресных водоемах; б - изучение факторов формирования, трансформации, переноса и стока атмосферных аэрозолей и мокрых осаждений. Оба направления взаимосвязаны, т.к. загрязнение атмосферных осадков способно вызвать нарушение биогеохимических циклов элементов в пресных водоемах, деградацию пресноводных экосистем, и, как следствие, ухудшение качества пресных вод.

Фундаментальные научные проблемы

Физико-химия клатратов как раздел супрамолекулярной химии

• Строение, стехиометрия и стабильность клатратных соединений
• Использование высоких давлений для выяснения природы клатратов и поиска новых клатратных соединений
• Исследование экологических последствий трансформации металлов-поллютантов в реальных пресноводных экосистемах
• Изучение региональных особенностей формирования атмосферных аэрозолей и осадков в Западной Сибири

Наиболее важные результаты фундаментальных исследований

С 1952 года и до сих пор известны были только три структуры газовых гидратов: КС-I (кубическая структура I), КС- II (кубическая структура II) и ГС- III (гексагональная структура III). Информация о структурах газогидратных фаз высокого давления отсутствовала. Структурными исследованиями при высоких давлениях в системе аргон - вода методом порошковой нейтронной дифрактометрии показано, что аргон образует четыре(!) гидрата: КС-II (a=17.07A при 3.4 кбар) устойчив до 4.5 кбар; ГС-III (кристаллизуется в гексагональной сингонии P6/mmm, a=12.01 A, устойчив в области давлений 4.6 - 7.7 кбар); и гидрат новой неизвестной ранее газогидратной структуры с тетрагональной сингонией (P4₂/mnm, a=6.342(2)A, c=10.610(3), P=9.2 кбар, комнатная температура), устойчив  в интервале 7.7 - 9.5 кбар. Еще одна новая газогидратная структура обнаружена в системе тетрагидрофуран - вода (методом порошковой нейтронной дифрактометрии при давлении 9 кбар), пространственная группа Pnma, параметры ячейки: a=12.54A, b=11.44A, c=6.60A. Отличительная особенность этих двух новых структур – наличие в них только одного типа полиэдрических полостей, форма которых позволяет им заполнить пространство.

Впервые обнаружены верхние по давлению границы существования газовых гидратов в системах тетрагидрофуран – вода и гексафторид серы – вода (3 и 4 ГПа, соответственно).

Изучены равновесные условия разложения гидратов метана в порах силикагеля при давлениях от нескольких МПа до 1 ГПа. Показано, что наиболее адекватным способом определения характерных размеров пор силикагелей (и подобных веществ) для исследования влияния этого параметра на температуру разложения диспергированного в пористой среде газового гидрата является определение размера пор с максимальной распространенностью в данном образце. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о возможности существования в поровом пространстве силикагеля частиц разной формы (условно относимых к сферическим и цилиндрическим), и о значительной зависимости температуры разложения диспергированного в порах гидрата от этого параметра. Экспериментально показано, что гидрат в порах может образовываться только из капиллярного конденсата, тогда как прочно сорбированные поверхностью слои воды в образовании гидрата участия не принимают, а также что понижение температур разложения гидрата метана в мезопористых средах слабо зависит от давления. Наконец, получены экспериментальные данные, свидетельствующие о возможности образования в порах с размером менее 5 нм гидратов, имеющих температуру разложения выше, чем для объемного гидрата метана.

Впервые показано, что гидраты полуклатратного характера в ионообменных смолах обладают дальней упорядоченностью; для нескольких типов образцов определена кристаллическая структура; показано, что размер частиц гидрата более 100 нм.

Выполненная оценка состояния ряда металлов (Cu, Pb, Cd, Zn) в пресных водоемах Сибири показала, что их распределение по химическим формам в растворе варьирует в широких пределах в зависимости от состава воды. Предложена методология изучения экологических последствий трансформации металлов-поллютантов в реальных пресноводных экосистемах. Сделан вывод о том, что наиболее неблагоприятные последствия загрязнения пресных водоемов металлами происходят при пониженных значениях рН, минерализации и содержания РОВ.

Цикл исследований по изучению ионного состава атмосферных аэрозолей (АА), снеговых (СВ) и дождевых (ДВ) выпадений в Западной Сибири показал, что долевое распределение разных ионов, характерными предшественниками которых в АА, СВ и ДВ являются газы атмосферы, терригенные или морские источники, варьирует для разных природно-климатических зон, сезона, метеорологической обстановки (периодичности и характера выпадения осадков, направления переноса воздушных масс). В сопоставлении с другими регионами мира формирование ионного состава АА, СВ и ДВ в Западной Сибири имеет ряд особенностей. Действие летучих предшественников водорастворимых солей в АА проявляется на региональном уровне, а действие эрозионных – на локальном уровне. Кислотность АА, ДВ и СВ определяется не концентрацией кислотообразующих анионов, а полнотой их нейтрализации литофильными катионами. Дефицит последних характерен как на севере, так и на юге Западной Сибири, а его отсутствие – в индустриальном центре (Новосибирск). Как результат, повышенный уровень кислотности АА проявляется в фоновых регионах, а в Новосибирске наблюдается защелачивание аэрозолей и осадков.

Научные и производственные связи, партнеры

Список партнеров, с которыми работает лаборатория: ИГФ СО РАН, ИМиП СО РАН, ИКЗ СО РАН, ИК СО РАН, Институт физики металлов УРО РАН (Екатринбург), ИЯФ СО РАН, ЛИН СО РАН, ИХКиГ СО РАН, ИГиМ СО РАН,  ИВЭП СО РАН, ЛИ СО РАН, ИЦиГ СО РАН, ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор».

Международные связи лаборатории

Договор о научном сотрудничестве между Институтом физической химии ПАН (Польша) и Институтом неорганической химии СО РАН (Россия) на основе кооперации и прямых связей по теме: «Супрамолекулярные соединения» на 2005-2009 гг. Установлено тесное и плодотворное сотрудничество (с 1986 года) между лабораторией клатратных соединений и Институтом физической химии ПАН. Проводятся совместные работы в рамках заявленной темы, ежегодный обмен специалистами.

Список уникального оборудования и оригинальных методических разработок лаборатории

Две установки для физико-химических исследований до 10 кбар; установка для физико-химических исследований до 15 кбар. Разработан метод исследования фазовых диаграмм с участием газовой фазы при давлениях до 15 кбар и, что очень важно, на аппаратуре, в которой давление создается жидкостью;

Оборудование и методики инструментального анализа (ионная хроматография, ионометрия, инверсионная вольтамперометрия). Плавучая лаборатория для выполнения комплексных экспериментальных исследований на полигоне (Новосибирское водохранилище).

Фотоархив

2017: