Лаборатория образована в 1961 г., нынешнее название получила в 1968 г. За время работы через лабораторию прошло более 100 сотрудников. Среди них один член-корреспондент РАН, один заслуженный деятель науки РФ, 7 докторов наук, более 15 кандидатов. Первым заведующим был доктор наук, профессор Гиндин Лев Моисеевич, вторым – доктор наук, профессор Торгов В. Г. (стаж зав. лаб. – 21 и 24 года, соответственно). С мая 2006 г. лабораторией руководит д.х.н. Булавченко А. И.

Фундаментальные научные проблемы    Партнеры     Оборудование

Заведующий лабораторией д.х.н. БУЛАВЧЕНКО
Александр Иванович
57-34 330-82-48 225(II)
Заместитель заведующего к.х.н. ПОПОВЕЦКИЙ Павел Сергеевич 54-76   226(II)
Материально-ответственн. БУЛАЕВА
Нина Михайловна
59-43
55-43
316-58-32 256(всп.)
215(II)
  к.х.н. АРЫМБАЕВА
Аида Турусбековна
53-27   232(II)
  к.х.н. БЕКЕТОВА Дарья Игоревна 54-76   226(II)
  к.х.н. ДЕМИДОВА
Марина Геннадьевна
54-63   211(II)
  ДРУЖИНИНА
Ирина Альбертовна
57-77   213(II)
  к.х.н. ПОДЛИПСКАЯ
Татьяна Юрьевна
54-76   226(II)
  д.х.н. ТАТАРЧУК
Владимир Владимирович
55-43   215(II)
  д.х.н. ТОРГОВ
Владислав Германович
55-23
57-77
  442(II)
213(II)
  УС
Таисия Васильевна
54-63   211(II)
  аспирант КОЛОДИН
Алексей Никитич
53-27   232(II)

Фундаментальные научные проблемы

  1. Физико-химические закономерности мицеллярного концентрирования и синтеза наночастиц.
  2. Химия координационной экстракции благородных (включая осколочные Pd, Rh, Ru, Ag) и редких металлов функционализированными каликс[n]аренами и их монодентатными аналогами.

Наиболее важные результаты фундаментальных исследований

Обратные мицеллы являются динамическими супрамолекулярными агрегатами, состоящими из 10-104 молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ). Высокий уровень структурной организации позволил разработать на основе обратных мицелл принципиально новые методы разделения и концентрирования БМ и провести синтез наночастиц.

  • Исследование мицеллярной структуры. Методами фотон-корреляционной спектроскопии, статического рассеяния света и ИК-фурье-спектроскопии исследованы структурные перестройки обратных мицелл оксиэтилированных ПАВ в процессах концентрирования БМ из сред сложного состава. Установлено, что увеличение кислотности исчерпываемой фазы приводит к формированию сфероцилиндрических мицелл с большими числами агрегации и большой солюбилизационной емкостью (~10 об%). При переходе к кислотно-солевым растворам происходит трансформация сфероцилиндра в вытянутый эллипсоид. Внутренняя структура мицелл определяется  соотношением числа молекул свободной и связанной воды: с увеличением концентрации сульфата натрия доля связанной воды увеличивается с 60 до 80%.
  • Результаты мицеллярного концентрирования. Оптимальными для концентрирования анионных комплексов БМ являются мицеллы с формой вытянутого эллипсоида, высоким поверхностным зарядом, малыми числами агрегации (~400), низкой солюбилизационной емкостью (3, а Au(III) – 102
  • Мицеллярный синтез наночастиц металлов и солей. Стадия концентрирования дополнена последующим синтезом в мицеллах наночастиц БМ и их малорастворимых соединений. Разработаны способы выделения наночастиц золота, серебра, хроматов серебра, бария и  свинца из мицелл в ультрадисперсные порошки.  Установлено, что при синтезе в мицеллах АОТ и Triton N-42 наночастиц хроматов серебра, свинца и бария выход продуктов реакции растёт (до 100%) с увеличением концентрации реагентов в солюбилизированной водной фазе  и радиуса мицелл.
  • Кинетика процессов синтеза и растворения наночастиц. Обоснована модель автокаталитического механизма для процессов роста и растворения наночастиц металлов, протекающих в полярных полостях обратных мицелл ПАВ в ходе межмицеллярного обмена. Разработан подход к исследованию кинетики процессов спектрофотометрическим методом, математический аппарат для описания и обработки данных, процедура определения эффективных констант скорости.

Установлены основные закономерности комплексообразования благородных металлов (БМ), включая осколочные Ru, Rh, Pd, при экстракции каликс[4,6]аренами, функционализированными -PO (каликсаренфосфиноксиды, КФО), -SR (тиакаликсарены, каликсарентиаэфиры, КТЭ) и –NH2(первичные каликсаренамины, КАА) донорными группами из хлоридных и нитратно-нитритных сред в форме координационных, супрамолекулярных и гетерометаллических комплексов. На их основе обоснован подход к созданию бифункционализированных каликсаренов (БФК) с пространственно разделенными О, S, N-донорными центрами, селективными к металлам группы А («жесткие» с координацией через атом О) или группы Б («мягкие» с координацией посредством атомов N и S).

  • Применительно к хлоридным средам ряды экстрагируемости благородных металлов Au(III), Pd(II)>>Ag(I)>Pt(II)>Pt(IV) для монодентатных R2S и КТЭ совпадают при возрастании коэффициентов распределения (D) всех БМ в случае КТЭ на 2-3 порядка. В отличие от КТЭ, являющихся избирательными экстрагентами для золота и палладия, первичные каликсаренамины извлекают все БМ в отсутствие ускоряющих добавок для инертных форм редких платиноидов. Для КАА по сравнению с монодентатным аналогом (п-октиланилин) величина D для палладия на 3 порядка выше при сопоставимых D для других платиноидов. Обнаружен эффект ускорения экстракции палладия каликсарентиоэфирами из хлоридных сред за счет каталитического влияния алкоксигрупп нижнего обода на межфазный перенос PdCl42-.
  • Применительно к нитратно-нитритным средам обнаруженный ранее для монодентатных фофиноксидов синергетический эффект возрастания D доминирующих в слабокислых растворах форм рутения [RuNO(NO2)4(OH)]2-и [RuNO(NO2)3(m-OH)]22- в присутствии цветных металлов (М=Zn, Cu>Co>Ni) сохраняется для КФО и дополняется кооперативным эффектом (10-40 в зависимости от природы заместителя при РО-группе в макроцикле). Величина синергетного эффекта (100-1000) определяется устойчивостью образующихся гетерометаллических Ru/M комплексов. Осколочный палладий вместе серебром  полностью экстрагируются КТЭ, независимо от концентрации азотной кислоты.
  • Экстракционными методами с привлечением комплекса спектроскопических методов установлена стехиометрия процессов экстракции, которая в случае солянокислых сред заключается в замещении хлорид ионов в комплексных хлоридах БМ на атомы серы в КТЭ (L) c образованием супрамолекулярных комплексов [AuCI3]nL (n=1-4), [PdCI2]nL (n=1-2), AgLCl. Из нитратно-нитритных растворов палладий и серебро экстрагируются КТЭ в форме [Pd(NO2)2]2L и [AgNO3]2L, а экстракция КФО гетерометаллических комплексов [RuNO(NO2)4(OH)MLn] (n=1-2) сопровождается извлечением моно- и биядерных форм цветных металлов [MLn(NO3)2] (n=1-2) и [M(NO3)2]2L. Для всех форм рассчитаны константы экстракции, удовлетворительно описывающие межфазное распределение металлов.
  • Появление кооперативных эффектов при экстракции благородных металлов О, S, N функционализированными каликс[4]аренами в конформации «конус» обусловлено образованием моно- и биядерных хелатов металлов с участием не более двух донорных центров макроцикла. Наиболее высокой устойчивостью характеризуются моноядерные комплексы 1:1 нижнего (малого) обода. Для верхнего обода с «расходяще» ориентированными донорными группами типично образование как моноядерных 1:1 и 1:2, так и биядерных 2:1 комплексов.

 Партнеры (выполнение совместных проектов и совместные публикации):

  • НПО «Радиевый Институт им. В.Г. Хлопина» (С.-Петербург),
  • Институт катализа СО РАН,
  • Институт геологии и геофизики СО РАН,
  • Лимнологический институт СО РАН (Иркутск),
  • Красноярский завод цветных металлов,
  • Всероссийский научно-исследовательский проектный институт энергетической технологии.

Кроме того, имеются многочисленные контакты с организациями, применяющими разработанные в ИНХ методики определения благородных металлов.

Международные связи лаборатории

Список партнеров (выполнение совместных проектов и совместные публикации):

  • Институт органической химии (НАН  Украины, Киев),
  • Университет Луи Пастера (Страсбург, Франция)

Список уникального оборудования и оригинальных методических разработок лаборатории

  1. Спектрофотометр Shimadsu 1700  для записи спектров  в УФ- и в видимом диапазонах.
  2. Тензиометр “Site 04” (фирма Kruss) - для измерения низких и сверхнизких межфазных натяжений поверхности раздела в/м.
  3. На базе комбинации методов фотон-корреляционной спектроскопии и статического рассеяния света разработана оригинальная методика определения структурных параметров обратных мицелл (размера, формы, чисел агрегации, содержания поверхностной и объемной воды).
  4. На основе фотометра КФК МП и трехэлектродной ячейки конденсаторного типа разработана простая и доступная для любой лаборатории фотометрическая методика определения электрофоретической подвижности наночастиц в средах с низкой диэлектрической проницаемостью.

ИНХ СО РАН 303

Из истории лаборатории     Фундаментальные научные проблемы  Партнеры    Оборудование

Заведующий лабораторией д.х.н. МАНАКОВ Андрей Юрьевич 57-86 316-53-46 319(I)
Зам. заведующего, секретарь к.х.н. РОДИОНОВА Татьяна Васильевна 57-87 316-53-46 324(I)
Материально-ответственн. АРАПОВА Татьяна Яковлевна 57-69   322(I)
  к.ф.-м.н. АДАМОВА Татьяна Петровна 57-69 316-53-46 322(I)
  д.ф.-м.н. БЕЛОСЛУДОВ Владимир Романович 59-91   125(III)
  к.ф.-м.н. БОЖКО Юлия Юрьевна 59-91   125(III)
  ВИЛЛЕВАЛЬД Галина Васильевна 55-63   303(II)
  к.ф.-м.н.ГЕЦ Кирилл Викторович 59-91   125(III)
  к.ф.-м.н. ГРАЧЁВ Евгений Владимирович 53-49 316-53-46 320(I)
  к.ф.-м.н ЖДАНОВ Равиль Камильевич 59-91   125(III)
  ИЛЬДЯКОВ Андрей Вячеславович 53-09   320а(I)
  КОЛОСАНОВА Валентина Андреевна 59-12   318(I)
  к.х.н. ОГИЕНКО Андрей Геннадьевич 53-49   320а(I)
  ПОМЕРАНСКИЙ Анатолий Анатольевич 59-91   125(III)
  СИЗИКОВ Артем Александрович 53-49   320(I)
  к.х.н. СМОЛЯКОВ Борис Сергеевич 55-13   213(I)
  СТОПОРЕВ Андрей Сергеевич 53-49   320(I)
  к.ф.-м.н. СУББОТИН Олег Сергеевич 59-91   125(III)
  к.х.н. ТЕРЕХОВА Ирина Сергеевна 55-63   303(II)
  ШИНКОРЕНКО Марина Петровна 59-12   318(I)

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).