биметаллический цветовой индикатор температуры
Классы МПК: | C07F11/00 Соединения, содержащие элементы VI группы периодической системы Менделеева C07F5/00 Соединения, содержащие элементы III группы периодической системы Менделеева G01K11/12 с использованием изменения цвета или прозрачности |
Автор(ы): | Черкасова Елизавета Викторовна (RU), Черкасова Татьяна Григорьевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" (ГУ КузГТУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-07-03 публикация патента:
27.03.2011 |
Изобретение относится к биметаллическому цветовому индикатору температуры, имеющему обратимое изменение окраски в интервале температур 190-195°С. Состав индикатора характеризуется химической формулой [Y( -C6H11NO)8][Cr(NCS) 6]. Технический результат - получение биметаллического цветового индикатора температуры, обладающего способностью обратимо изменять окраску при нагревании до 190-195°С.
Формула изобретения
Биметаллический цветовой индикатор температуры, имеющий обратимое изменение окраски в интервале температур 190-195°С, а его состав характеризуется химической формулой [Y( -C6H11NO)8][Cr(NCS) 6].
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области химии, в частности к новому обратимому термочувствительному материалу, и может быть использовано для индикации и визуального контроля температуры в различных технологических процессах. Большинство известных термохимических индикаторов изготовлено на основе координационных соединений переходных металлов (Кукушкин Ю.Н. Химия координационных соединений. - М.: Высш. шк., 1985. С.428-429; Абрамович В.Г., Картавцев В.Ф. Цветовые индикаторы. - М.: Энергия, 1978. С.10-12; Paruta L., Boldijar A. // Rev. chim, 1987. V. 38. № 1. P.26-29; Bloomqust D.R, Willet R.D. // Coord. chem. Rew. 1982. V.47. № 1, 2. P.125).
Термохромное превращение красной формы соединения [Cu((CH3CH2)2 NCH2CH2NH2)2](ClO 4)2 в сине-фиолетовую при 80°С связано с искажением структуры исходных плоскоквадратных катионов. Процесс термоизомеризации эндотермичен и имеет все признаки фазового перехода: он обратим и протекает при фиксированной температуре. Установлено, что в процессе фазового перехода уменьшается прочность водородных связей NH C1, которые обеспечивают жесткую структуру катиона в низкотемпературной форме (Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. - Л.: - Химия, 1991. С.112).
Термочувствительный пигмент Ag 2[HgI4] изменяет окраску от желтой до темно-красной при 45°С, a Cu2[HgI4] - от карминово-красной до коричневой при 65°С. Изменение окраски координационных соединений связано с перестройкой кристаллической структуры (Беленький Е.Ф. Химия и технология пигментов / Е.Ф.Беленький, И.В.Рискин. - М.: Химия, 1974. С.625). К недостаткам этих термохромных материалов относятся наличие токсичных соединений ртути и медленное разложение тетрайодомеркурат(II)-аниона во влажной атмосфере.
Обратимый термохромизм характерен для биметаллического комплекса цис-[Pt(NH3)2(SCN)Ag(SCN)]NO3 (Кукушкин Ю.Н., Бахарева С.И., Душин Р.Б. // Журн. неорган, химии. 1977. Т.22. № 5. С.1419-1421). Серебро в этом соединении координационно ненасыщено, поэтому возможно сшивание моноядерных комплексов в полимер. При температуре 134°С происходит превращение желтого комплекса в темно-красную модификацию.
При нагревании красного изомера NiEn2(NO2 )2, где Еn-1,2-диаминоэтан, до 120°С образуется синий изомер [NiEn2(O2N)]NO2 , содержащий одну хелатную и одну ионную группы NO2 - (Hitchman M.A., James G. // Inorg. Chim. Acta 1984. V.88. № . 12. P.19-21), то есть при нагревании происходит изменение строения вещества.
Тетрахлорокупрат(II) бис-(диэтиламмония) [(CH3CH2)2NH2] 2CuCl4 обладает термохромными свойствами, при температуре 45°С изменяет окраску от ярко-зеленой до желтой. Изменение окраски обусловлено структурной изомеризацией комплекса из плоскоквадратного в тетраэдрический (Choi S. Термохромный тетрахлорокупрат (II) // S.Choi, J.A.Larrabee // J. Chem. Educ. 1989. V.66. № .9. P.774-776). Искажение геометрии галогенокупратного аниона CuCl4 2- является результатом термодинамического перехода стерически затруденной низкотемпературной формы, имеющей зеленую окраску, в более разупорядоченную высокотемпературную форму, окрашенную в желтый цвет. Применение данного термохромного материала на практике ограничивается чрезвычайной гигроскопичностью низкотемпературной формы комплекса и требует вакуумной герметизации материала.
Термохромное вещество состава (С5Н 7N2)3[Сr(NCS)6]·Н 2O обратимо изменяет окраску при нагревании до 80°С из сиреневой в сине-зеленую вследствие искажения структуры хромофора из-за полиморфного превращения низкотемпературной модификации в высокотемпературную (Мезенцев К.В., Черкасова Т.Г. Пат. // Обратимый хромовый термоиндикатор № 2187081 РФ заявка № 2001106739/28; заявлено 11.03.2001, опубл. 10.08.2002, бюл. № 22). Недостатком этого термохромного материала является необходимость специального синтеза 2-аминопиридина, который не выпускается промышленностью и является токсичным.
Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому изобретению являются термохромные материалы [Ln(С2Н6 SO)8][Сr(NCS)6] (Ln - 4f-элементы), обратимо изменяющие окраску в интервале температур 140-220°С вследствие термической координационной изомерии, связанной с обменом лигандами между координационными сферами комплексов (Черкасова Т.Г., Татаринова Э.С., Кузнецова О.А., Трясунов Б.Г. Обратимые термохромные материалы. Патент РФ № 2097714, заявл. 13.02.1995 г., опубл. 27.11.1997 г.). Недостатком этих термохромных материалов является необходимость использования для их синтеза диметилсульфоксида - легколетучего органического вещества с неприятным запахом.
Технический результат изобретения - создание нового обратимого термохромного материала на основе гекса(изотиоцианато)хромата(III) окта( -капролактам)иттрия(III), обладающего способностью обратимо изменять окраску при нагревании до 190-195°С, доступного в получении и удобного в применении на практике.
Указанный технический результат достигается тем, что биметаллический цветовой индикатор температуры имеет обратимое изменение окраски в интервале температур 190-195°С, а его состав характеризуется химической формулой [Y( -С6Н11NO)8][Cr(NCS) 6].
В заявляемом техническом решении в качестве исходных веществ используются гекса(изотиоцианато)хромат(III) калия и -капролактам, являющийся крупнотоннажным продуктом химической промышленности, что обусловливает его невысокую стоимость и, соответственно, доступность. Вещество негигроскопично, не разлагается во влажной атмосфере, не токсично и не имеет запаха.
Пример. В 25 мл воды растворяют 0,38 г (0,01 моль) Y(NО3 )3·4Н2O, добавляют растворенные в 25 мл воды 0,59 г (0,001 моль) K3[Cr(NCS)6 ]·4Н2O и при рН 5-6 добавляют раствор, содержащий 0,92 г (0,008 моль) -С6Н11NO) в 25 мл воды. Получают бледно-сиреневый кристаллический порошок, имеющий по данным химического анализа состав [Y(
-C6H11NO)8][Cr(NCS) 6].
Найдено, %: Y 6,25±0,06; Сr 3,62±0,07; С 46,45±0,05; Н 6,22±0,07; NCS 24,91±0,06.
Для C54H88CrN14O 8S6Y вычислено, %: Y 6,37; Сr 3,73; С 46,53; Н 6,31; NCS 25,00.
1. Растворимость в воде при 25°С составляет 2,3-10-2 моль/дм3; хорошо растворим в диметилсульфоксиде, диметилформамиде.
2. Моноклинная сингония, пр. гр. С2/с, параметры решетки: а=39,704(9), b=22,384(6), с=23,596(6)Å; =107,588(8)°; V=7648,6(5) Å3; z=12,
(выч.)=1,390 г/см3. Структура соединения относится к ионной.
3. Температура начала разложения комплекса на воздухе 256°С, в инертной атмосфере гелия - 242°С.
4. Характеристика термоперехода окраски: бледно-сиреневый темно-зеленый.
Термочувствительный материал на основе гекса(изотиоцианато)хромата(III) окта( -капролактам)иттрия(III) обладает обратимым термохромизмом при температуре 190-195°С, нетоксичен, несложен в получении, легко наносится на подложки в виде тонких термохромных пленок, что позволяет использовать его в качестве термохимического индикатора для визуального контроля температуры в различных технологических процессах.
Класс C07F11/00 Соединения, содержащие элементы VI группы периодической системы Менделеева
Класс C07F5/00 Соединения, содержащие элементы III группы периодической системы Менделеева
Класс G01K11/12 с использованием изменения цвета или прозрачности