Перфторированные дикетоны позволят улучшить технологию добычи редкоземельных металлов

Красноярский ученый изучил взаимодействия перфторированных дикетонов с редкоземельными металлами и обнаружил несколько интересных закономерностей. Понимание этих процессов позволит более эффективно разделять и получать редкоземельные металлы. Результаты, обобщающие серию исследовательских работ, опубликованы в журнале американского химического общества The Journal of Physical Chemistry A и выбраны в качестве иллюстрации обложки октябрьского номера этого издания.

Редкоземельные металлы, такие как скандий, иттрий, европий, широко используются в электронике, медицине, энергетике, производстве постоянных магнитов, катализаторов для переработки нефти и газа, а также в производстве специальных сплавов для аэрокосмической промышленности. Однако редкоземельные металлы трудно разделить между собой. В растворе это можно сделать за счет жидкофазной экстракции с применением селективных реагентов. Например, таких как перфторированные дикетоны. Перфторированные гетероциклические дикетоны – соединения, содержащие в себе атомы фтора, а также один из атомов халькогенов – кислород, сера, селен или теллур. Они могут взаимодействовать с ионами редкоземельных металлов и селективно их разделять.

В серии нескольких работ, ученый Красноярского научного центра СО РАН определил параметры взаимодействия перфторированных дикетонов с ионами редкоземельных металлов, а обобщённые результаты помогли понять фундаментальные закономерности. Понимание этих процессов поможет более эффективно извлекать редкоземельные металлы из их рассеянных месторождений.

Специалист собрал большое количество данных и определил более 150 констант устойчивости – меры энергии взаимодействия между ионами металлов и дикетонами. Знание констант устойчивости важно для определения условий проведения химических реакций и выбора оптимальных условий для разделения редкоземельных металлов. Химик рассмотрел, как влияют на эти свойства различные атомы, входящие в состав дикетонов, а также расположение этих атомов относительно друг друга. Изучение замещенных групп показало, что в случае дикетонов проявляются «антикулоновское» поведение. Согласно электростатической модели взаимодействия, дикетоны с более тяжелыми атомами халькогена в гетероциклическом кольце должны образовывать более слабые комплексы с металлами, а эксперимент показывает обратное. Таким образом, найденные корреляции обратно противоположны тому, что предсказывает электростатическая модель взаимодействия металла с ионами. Корреляция между самими металлами в рамках одного дикетона, напротив, демонстрирует строгую кулоновскую корреляцию.

«В серии работ, предшествующих этой статьи, был получен большой массив спектральных и термодинамических данных о взаимодействии редкоземельных элементов с дикетонами. Однако получить точные значения сильно мешала нехватка данных о взаимодействии металлов с фоновыми ионами буфера. В данной статьей я обобщил все имеющееся данные для оценки этого влияния и получил точные корреляции констант устойчивости с периодическими параметрами. Точное определение констант устойчивости не только позволит получить полезные данные для селективного разделения металлов и лучше понять природу связывания металлов с дикетонами. При выполнении работы была активно задействована приборная база Красноярского регионального центра коллективного пользования (КРЦКП СО РАН), а также расчетные ресурсы Института вычислительного моделирования СО РАН. Приятно, что моя работа выбрана в качестве иллюстрации октябрьского выпуска престижного химического журнала», — рассказал Максим Лутошкин, кандидат химических наук, научный сотрудник Лаборатории молекулярной спектроскопии и анализа Института химии и химической технологии СО РАН.