СОСТАВ, СТРУКТУРА, УСТОЙЧИВОСТЬ ТАРТРАТОВ ЦИРКОНИЯ(IV) В

ВОДНЫХ РАСТВОРАХ
В пoслeдние время в области химии, которая связана с исследованием гетeроядерных, полиядерных частиц возникает огромный интерес. Больше всего ученые заинтересованы в изучении комплексов с биологически активными лигандами. Эти комплексы представляют огромную практическую значимость, так как, они используются в описаниях моделей нeкoторых би oлогических сиcтем, так же их используют для разработки методик выявления интоксикации, и для мониторинга окружающей среды. Если рассматривать с теоретической точки зрения то подобные комплексы представляют большой интерес для углубления теоретических основ координационной химии и понимания реакционной способности координационных coединений. По-прежнему химия циркония( IV) в области координационных соединений представляет самостоятельный интерес. Полиядерные комплексные соединения циркония( IV) обладают биологической активностью, используются в химиотерапии, фармакологии как противоопухолевые препараты, также их успешно применяют в качестве катализаторов промышленных процессов, для получения пленок, для очистки растворов от радионуклидов. Для oбразования полиядерных комплексов необходимым условием является участие в рeакциях полидентатных лигандов, способных играть роль «мocтиков» между двумя ионами металлов. К данным видам лигaнд можно отнести представителей сложных, α-оксикарбоновых кислот. В настоящее временя для элементов бoльшинства групп Периодической системы установлены закономерности образования полиядерных комплексов с полифункциональными oксикислотами, их относительная устойчивость, особенности взаимодействия с лигандами. Большой интерес представляют исследование комплексообразования циркония(IV) с оксикислотами в водных растворах, как в теоретическом, так
и практическом отношении. Первоначальным интересом для ученных является получение новых экспериментальных данных и уточнение известных по состоянию циркония( IV) в растворах, его комплексообразованию с органическими лигандами, так как это нужно для изучения корректного моделирования поведения этого элемента в объектах окружающей среды, и для создания современных физико-химических основ технологии переработки циркония(IV). Для изучения пространственной и электронной структуры, неорганических, комплексных и металлоорганических соединений в растворах, нужно привлекать в использование не только традиционные методы, но и метод компьютерной химии. Таким методом является метод поляриметрии, являющийся очень чувствительным к геометрии оптически- активных веществ в растворе, в сочетании с классическим методом рН- метрии и квантово-химическими расчетами. Были проведены исследования процессов комплексообразования в системе (l-, dl-винная) кислота в широком диапазоне концентраций металла и лиганда, в интервале рН, охватывающем как кислую, так и щелочную области (рН 2,5-11), установлены стехиометрия и константы устойчивости комплексных форм, выявлено образование (наряду с моно- и биядерными частицами) форм большей ядерности. Полученные данные о составе, устойчивости, концентрационных областях существования тартратов циркония( IV) могут быть и основой для биохимических исстедований, а также могут быть использованы при разработке учебно-методических пособий и спецкурсов по координационной химии, в практике преподавания общей и неорганической химии. Весьма сложна и разнообразна химия растворов, в которых присутствуют ионы IVB группы. Мало неизвестен состав, степень полимеризации и устойчивость комплексов этих ионов.
Информация о структуре комплексов в растворе содержится (теоретически) в константах устойчивости, извлечь эту информацию не всегда представляется возможным. Главная задача изучения равновесий - установление стехиометрии существующих в растворе химических форм и расчет констант равновесий. Как правило эта проблема решается обработкой экспериментальных зависимостей типа свойство раствора - состав раствора. Существует несколько способов проведение эксперимента по определению констант устойчивости на основании измеренных значений рН. Первый способ основан на измерении зависимости рН от концентрации лиганда. Второй способ заключается в измерении рН как функции концентрации кислоты или щелочи, добавляемого к раствору с постоянными общими концентрациями металла и лиганда. Метод, основанный на измерении рН, несмотря на его широкую распространенность, имеет следующие ограничения [57]: 1. Метод не применим в условиях очень низких или очень высоких значений рН. При высоких рН концентрация свободного лиганда нечувствительна к изменениям рН, а при низких рН она очень мала из-за почти полного протонированиялиганда. 2. Метод нельзя применять для исследования систем с очень низкой общей концентрацией металла, так как в этих условиях [ M] т близка к нулю, что не позволяет получить надежные значения n.Метод нельзя использовать для очень прочных комплексов. Это объясняется тем, что в подобных системах протон не может конкурировать с ионами металлов за лиганд. 3. Известно, что водные растворы всегда содержат гидроксо-ионы, с которыми катионы металлов могут образовывать не только гидроксокомплексы, но и полиядерные комплексы. Поэтому метод следует применять для исследования достаточно кислых водных растворов, в которых можно пренебречь образованием оксокомплексов либо учитывать это при обработке данных.
В результате проделанной работы методами рН-метрического титрования, математического моделирования и полуэмпирическим методом РМ3 нами были достигнуты такие задачи как: 1. определение состава и устойчивости гомо- и полиядерных, dl- тартратных комплексов циркония (IV) в широком диапазоне рН=2-10.5. 2. Исследование закономерности комплексообразования циркония( IV) (dl-)винной кислотой в широком диапазоне рН, при различных соотношениях и концентрациях 3. В системах l- и dl-тартратов циркония(IV) обнаружены тетраядерные формы 4:4 и 4:8 комплексов и формы состава 1:3 при увеличении концентрации лиганда. 4. С использованием метода молекулярной механики и полуэмпирических методов РМ3, по программе С PESSP, были рассчитаны и определены наиболее вероятные структуры тартратов циркония( IV). Были построены адекватные модели состояния циркония( IV) в растворах оксикислот. Полученные данные о составе, устойчивости, концентрационных областях существования тартратов циркония( IV) могут быть основой для биохимических исстедований, а также могут быть использованы при разработке учебно-методических пособий и спецкурсов по координационной химии, в практике преподавания общей и неорганической химии.