Особенности термолиза малеатов Cu и La

M. A. Polozov; S. A. Naifert; V. V. Polozova; D. A. Zherebtsov; C. P. Sakthidharan; S. V. Merzlov; V. V. Avdin

doi:10.14529/chem190204

Authors

M. A. Polozov South Ural State University, Chelyabinsk
S. A. Naifert South Ural State University, Chelyabinsk
V. V. Polozova South Ural State University, Chelyabinsk
D. A. Zherebtsov South Ural State University, Chelyabinsk
C. P. Sakthidharan South Ural State University, Chelyabinsk
S. V. Merzlov South Ural State University, Chelyabinsk
V. V. Avdin South Ural State University, Chelyabinsk

DOI:

https://doi.org/10.14529/chem190204

Keywords:

thermal analysis, maleates, X-ray phase analysis, thermolysis

Abstract

Salts of carboxylic acids are widely used in organic synthesis, in the preparation of catalysts and nanocomposites of metals in the carbon matrix by thermolysis of maleates, acrylates or acetylenedicarboxylates of these metals; however, the studies of the thermal destruction process of such compounds are fragmentary.

The processes of multi-stage decomposition of Cu and La maleates in an inert atmosphere were studied by the method of simultaneous thermal analysis with the analysis of the composition of evolved gases. Reaction mechanisms have been suggested that correspond to the gaseous products and the final solid decomposition product determined during the thermal steps of mass loss. The formation of nano-dispersed copper oxides and lanthanum oxocarbonate included in the porous carbon matrix has been shown.

The results of thermal analysis have allowed us to identify common features of the maleate thermolysis. First, the decomposition of maleate ion or maleic acid is always accompanied by the formation, along with water and carbon dioxide, of two products containing a double or triple
C–C bond: acrylic acid and acetylene in approximately equal amounts. Second, the presence of multiple bonds in the molecules of the initial substances and in the molecules of the gaseous products of thermolysis leads to their polymerization and further to formation of the carbon residue. The amount of this residue is the highest in the case of decomposition of lanthanum maleate and the lowest in the case of copper maleate. Third, the thermolysis of metal maleate results in a matrix consisting of a carbon polymer with particles of metals (Cu) or metal oxides / carbonates in the form of nanodispersed crystals evenly distributed in this matrix.

With the use of electron microscopy the morphology and particle size of the products of the thermolysis of La and Cu maleates were determined. The thermolysis products are composites of spherical La₂O₂(CO₃) particles (2–5 µm in diameter) and Cu₂O, CuO, Cu (10–500 nm in diameter), evenly distributed in the carbon matrix.

The analysis of the thermolysis mechanism on the basis of the data on the magnitude of mass loss at each stage, thermal effects, as well as on the composition of gaseous products and on the phase composition of the final solid products of thermolysis allowed us to suggest a consistent initial formula of La and Cu maleates.

Author Biographies

M. A. Polozov, South Ural State University, Chelyabinsk

аспирант кафедры экологии и химической технологии

S. A. Naifert, South Ural State University, Chelyabinsk

аспирант кафедры экологии и химической технологии

V. V. Polozova, South Ural State University, Chelyabinsk

аспирант кафедры экологии и химической технологии

D. A. Zherebtsov, South Ural State University, Chelyabinsk

кандидат химических наук, старший научный сотрудник кафедры материаловедения и физикохимии материалов

C. P. Sakthidharan, South Ural State University, Chelyabinsk

старший научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии»

S. V. Merzlov, South Ural State University, Chelyabinsk

инженер кафедры экологии и химической технологии

V. V. Avdin, South Ural State University, Chelyabinsk

доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и химической технологии, директор НОЦ «Нанотехнологии»

References

Хлесткин, Р.Н.Термическое превращение кадмиевых и цинковых солей ароматических и алифатических карбоновых кислот / Р.Н. Хлесткин, В.Л. Хлесткина // Хим. пром. – 1980. – № 5. – 271 с.

Лебедев, Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза / Н.Н. Лебедев. – М., 1971. –581 с.

Рубинштейн, A.M. Кетонизация уксусной кислоты на карбонатах щелочных металлов и разложение их оксалатов и ацетатов / A.M. Рубинштейн, В.И. Якерсон // Кинетика и катализ. – 1961. – Т. 2, вып. l. – С. 118–126.

Хлесткин, Р.Н. Термодеструкция солей карбоновых кислот / Р.Н. Хлесткин, Т.Р. Просочкина. – М.: Химия, 2006. – 222 с.

Термолиз солей карбоновых кислот / Р.Н. Хлесткин, В.Л. Хлесткина, Н.Г. Усанов, В.М. Гареев. – Хим. пром. – 1982. – № 7.– 391 с.

Reactivity of metal-containing monomers. Preparation and magnetic properties of metal-containing nanocomposites / A.D. Pomogailo, G.I. Dzhardimalieva, A.S. Rozenberg, V.A. Shershnev // Russian Chemical Bulletin. – 2011. – V. 60, no. 7. – P. 1476–1487.

Особенности термического разложения в системах кислых малеатов Zn(II), Co(II), Ni(II) с образованием металлических наночастиц / Л.И. Юданова, В.А. Логвиненко, И.В. Корольков и др. // Журнал физической химии. – 2018. – Т. 92, № 11. – С. 1753–1759. DOI: 10.1134/s004445371811047x.

Соли малеиновой кислоты Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II) – прекурсоры для синтеза композитов металл – полимер / Л.И. Юданова, В.А. Логвиненко, Л.А. Шелудякова и др. // Журнал неорганической химии. – 2014. – Т. 59, № 10. – С. 1420–1426. DOI: 10.7868/S0044457X14100237.

Термолиз солей малеиновой кислоты Cu(II). Синтез композитов металл – полимер /

Л.И. Юданова, В.А. Логвиненко, Н.Ф. Юданов и др. // Координационная химия. – 2013. – Т. 39, № 5. – С. 309–314. DOI: 10.7868/S0132344X13050101.

Помогайло, А.Д. Термолиз металлополимеров и их предшественников как метод получения нанокомпозитов / А.Д. Помогайло, А.С. Розенберг, Г.И. Джардималиева // Усп. хим. – 2011. – T. 80. – С. 272–307.

Гауптман, З. Органическая химия / З. Гауптман, Ю. Греффе, X. Реманс. – М.: Мир, 1979. – 832 с.

Мищенко, Г.Л. Синтетические методы органической химии / Г.Л. Мищенко, К.В. Вацуро. – М.: Химия, 1982. – 440 с.

Райд, К. Курс физической органической химии / K. Райд. – М.: Мир, 1972. – 576 с.

Окислительное декарбоксилирование карбоновых кислот / Ю.А. Сергучев, И.П. Белец-кая. – М.: Успехи химии. – 1980. – № 49(12). – С. 2257–2285.

Чичибабин, А.Б. Основные начала органической химии / А.Б. Чичибабин. – М.: Хим., 1963. – 912 с.

Якерсон, В.И. Кинетика и механизм термического разложения ацетатов лития, натрия, бария / В.И. Якерсон, А.М. Рубинштейн // Кинетика и катализ. – 1961. – Т. 2, вып. 2. – С. 172–178.

Якерсон, В.И. Механизм термического разложения солей карбоновых кислот / В.И. Якерсон // Изв. АН СССР. – 1963. – № 6.– С. 1003–1011.

Якерсон, В.И. Механизм метанного разложения ацетата натрия / В.И. Якерсон, А.М. Ру-бинштейн // Изв. АН СССР. – 1966. – № 7. – С. 1278–1281.

Петров, А.А. Органическая химия / А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Троценво. – М.: Высшая школа, 1985. – 490 с.

Реутов, О.А. Органическая химия / О.А. Реутов, А.Л. Курц, К.П. Бутин. – М.: МГУ, 1999. – 624 с.

Смит, В. Органический синтез: наука и искусство / В. Смит, А. Бочков. – М.: Мир, 2001. – 573 с.

Химическая энциклопедия: в 5 т. / под ред. И.Л. Кнунянц. – М.: Советская энциклопедия, 1988. – Т. 1. – 631 с.

Особенности термолиза гидратов гидроксокарбонатов никеля (II), меди (II), цинка (II) / С.В. Добрыднев, Г.И. Капаев, О.В. Замуруев, В.С. Бесков // Изв. вузов. Сер. химия и химическая технология. – 2009. – Вып. 52(6). – С. 25–28.