RU2754306C1 - Термохромный индикатор - Google Patents

Термохромный индикатор Download PDF

Info

Publication number
RU2754306C1
RU2754306C1 RU2021102155A RU2021102155A RU2754306C1 RU 2754306 C1 RU2754306 C1 RU 2754306C1 RU 2021102155 A RU2021102155 A RU 2021102155A RU 2021102155 A RU2021102155 A RU 2021102155A RU 2754306 C1 RU2754306 C1 RU 2754306C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
iii
temperature
chemistry
thermochromic
reversible
Prior art date
Application number
RU2021102155A
Other languages
English (en)
Inventor
Елизавета Викторовна Черкасова
Татьяна Григорьевна Черкасова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ)
Priority to RU2021102155A priority Critical patent/RU2754306C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2754306C1 publication Critical patent/RU2754306C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F11/00Compounds containing elements of Groups 6 or 16 of the Periodic Table
    • C07F11/005Compounds containing elements of Groups 6 or 16 of the Periodic Table compounds without a metal-carbon linkage
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F5/00Compounds containing elements of Groups 3 or 13 of the Periodic Table
    • C07F5/003Compounds containing elements of Groups 3 or 13 of the Periodic Table without C-Metal linkages
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
    • G01K11/16Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance of organic materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pyridine Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области химии, более конкретно к новому термохромному обратимому индикатору, и может быть использовано для меток, визуального контроля, индикации температуры и температурных полей в различных технологических процессах. Согласно заявленному решению в качестве исходных веществ используются гекса(изотиоцианато)хромат(III) калия и никотиновая кислота, выпускаемая промышленностью как недорогое лекарственное средство (витамин РР), что обусловливает ее невысокую стоимость и доступность. Полученное вещество устойчиво при хранении, не токсично и не имеет запаха. Технический результат - создание нового обратимого термохромного индикатора на основе сесквигидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III)диакватрис(никотиновая кислота) диспрозия(III), обладающего способностью обратимо изменять окраску при нагревании до температуры 128°С, доступного в получении и удобного в применении на практике.

Description

Изобретение относится к области химии, более конкретно - к новому термохромному обратимому индикатору, и может быть использовано для меток, визуального контроля и индикации температуры и температурных полей в различных технологических процессах.
Термочувствительные цветовые индикаторы в большинстве своем изготовлены на основе координационных соединений переходных металлов (Sone K., Fukuda Y. Inorganic Thermochromism // Springer-Verlag. Berlin. 1987. 134р.; Кукушкин Ю.Н. Химия координационных соединений. - М.: Высш. шк., 1985. С. 428-429; Абрамович В.Г., Картавцев В.Ф. Цветовые индикаторы температуры. - М.: Энергия, 1978. С. 10-12; Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов // Л.: Госхимиздат. 1960. С. 727-730; Paruta L., Boldijar А. Термохромизм неорганических соединений // Rev. chim., 1987. V. 38. No. 1. P. 26-29; Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. - Л.: Химия, 1991. С. 112); Абросимова Л.Ф., Шакирова О.Г. / Журнал «Евразийский Союз Ученых». 2014. №5. Ч.З. Технические науки. С. 6-8); Bloomquist D.R., Willett R.D. Thermochromic phase transitions in transition metal salts // Coord. Chem. Rev. 1982. V. 47, No. 1-2. P. 125-164).
Термочувствительный пигмент Ag2[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., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. - М.: Химия, 1974. С. 625). К недостаткам этих термохромных материалов относятся наличие токсичных соединений ртути и медленное разложение тетрайодомеркурат(II)-аниона во влажной атмосфере.
При нагревании красного изомера NiEn2(NO2)2, где En-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. Природа синего изомера комплекса N(1,2-диаминоэтан)2(NO2)2 // Inorg. Chim. Acta. 1984. V. 88. No. 12. P. 19-21), то есть при нагревании происходит изменение строения вещества. Для синтеза комплекса требуются органические вещества, имеющие неприятный запах и являющиеся токсичными.
К обратимым пигментам относятся комплексы галогенидов кобальта(Н) и никеля(Н) с гексаметилентетрамином, имеющие составы MHal2⋅2C6H12N4⋅10H2O, которые при нагревании до температур 35-60°С, теряют кристаллизационную воду, изменяя при этом окраску из розовой в голубую для соединений кобальта(II) и из светло-зеленой в желтую или голубую для соединений хлорида или бромида никеля(II) соответственно. (Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. - М.: Химия, 1974. С. 591-592). Изменение окраски связано с потерей кристаллизационной воды при нагревании и ее поглощением из воздуха при охлаждении веществ. Однако, процесс восстановления цвета протекает медленно, в течение двух-четырех часов, что затрудняет практическое использование материалов. К недостаткам также относится наличие в составе каждого вещества токсичного органического амина.
Термохромное вещество состава (C5H7N2)3[Cr(NCS)6]⋅H2O 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. 2167081 РФ // Обратимый хромовый термоиндикатор; заявл. 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.
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 не насыщено, поэтому возможно сшивание моноядерных комплексов в полимер. При температуре 134°С происходит превращение желтого комплекса в темно-красную модификацию. Недостатком данного термочувствительного материала является использование дорогих благородных металлов.
Термохромное превращение красной формы соединения
[Cu((CH3CH2)2NCH2CH2NH2)2](ClO4)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…Cl, которые обеспечивают жесткую структуру катиона в низкотемпературной форме (Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. - Л.: Химия, 1991. С. 111). Недостатком данного вещества является использование токсичных веществ для его получения.
Координационные соединения гидрофталата, нафталинсульфоната и лаурил сульфата железа(II) с трис(пиразол-1-ил)метаном обладают термохромизмом с изменением цвета из пурпурного в белый при температурах 107, 167 и 147°С соответственно (Абросимова Л.Ф., Шакирова О.Г. / Журнал «Евразийский Союз Ученых». 2014. №5. Ч.З. Технические науки. С. 6-8). Недостатком данных веществ является достаточно сложный синтез с использованием специально полученных исходных веществ.
Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому изобретению являются термохромные материалы [Ln(C2H6SO)8][Cr(NCS)6], где Ln-лантаноиды). В интервале температур 140-220°С соединения обратимо изменяют окраску от малиновой до темно-зеленой, что связано с процессами лигандного обмена между двумя координационными сферами при нагревании веществ (Черкасова Т.Г., Татаринова Э.С., Кузнецова О.А., Трясунов Б.Г. Патент РФ 2097714// Обратимые термохромные материалы; заявл. 13.02.1995, опубл. 27.11.1997, бюл. №33). К недостаткам данных материалов можно отнести необходимость использования для их получения диметилсульфоксида, являющегося легколетучим органическим веществом с непрятным запахом.
Техническим результатом изобретения является создание нового обратимого термохромного индикатора на основе сесквигидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III)диакватрис(никотиновая кислота) диспрозия(III), обладающего способностью обратимо изменять окраску при нагревании до температуры 128°С, доступного в получении и удобного в применении на практике.
Результат достигается тем, что в качестве исходных веществ используются гекса(изотиоцианато)хромат(III) калия и никотиновая кислота, выпускаемая промышленностью как недорогое лекарственное средство (витамин РР), что обусловливает ее невысокую стоимость и доступность
Полученное вещество устойчиво при хранении, не токсично и не имеет запаха.
Пример. В 25 мл воды растворяют 0,46 г (0,001 моль) гексагидрата нитрата диспрозия(III), добавляют растворенную в 25 мл воды комплексную соль K3[Cr(NCS)6]⋅4H2O в количестве 0,59 г (0,001 моль), затем в интервале рН 4-6 добавляют раствор, содержащий 0,3 7 г (0,003 моль) никотиновой кислоты в 50 мл воды. Выпадает мелкокристаллический осадок розового цвета. Вещество отфильтровывают и высушивают на воздухе. Выход около 75%. По результатам химического анализа полученное соединение имеет состав [Dy(C6H5NO2)3(H2O)2][Cr(NCS)6]⋅1,5H2O.
Figure 00000001
1. Растворимость в воде при 25°С составляет 2,8 моль/дм3, хорошо растворим в диметилсульфоксиде и диметилформамиде.
2. ИК-спектр (ν, см-1): 3437 с., 3078 ср., 2082 с., 1684 ср., 1633 с., 1580 оч.с., 1414 оч.с., 1183 сл., 832 сл., 756 с., 683 сл., 510 сл.
3. Кристаллы моноклинной сингонии, пр.гр. Р21/n, Z=4, параметры решетки: а = 9.5901(5), b = 25.8599(15), с = 15.6316(9), β = 106.829(2)0,
Figure 00000002
ρвыч. = 1,782 г/см3.
4. Температура начала разложения комплекса на воздухе 175°С, в инертной атмосфере гелия-185°С.
5. Характеристика изменения цвета при нагревании: обратимый переход из розового в темно-зеленый.
Термохромный материал на основе сесквигидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III)диакватрис(никотиновая кислота) диспрозия(III) обладает обратимым термохромизмом при температуре 128°C с ярким изменением окраски, устойчив при хранении, термостабилен в условиях эксплуатации, не токсичен, несложен в получении, легко наносятся на подложки в виде тонких термохромных пленок и термочувствительных покрытий, обладающих долговечностью. Все это позволяет использовать его в качестве термочувствительного цветового обратимого индикатора для визуального контроля температуры в технологических процессах.

Claims (1)

  1. Термохромный индикатор на основе двойного комплексного соединения - сесквигидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III)-диакватрис(никотиновая кислота) диспрозия(III), отличающийся тем, что он обладает обратимым изменением окраски при нагревании до 128°С, а состав его характеризуется химической формулой [Dy(C6H5NO2)3(H2O)2][Cr(NCS)6]⋅1,5H2O.
RU2021102155A 2021-01-29 2021-01-29 Термохромный индикатор RU2754306C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021102155A RU2754306C1 (ru) 2021-01-29 2021-01-29 Термохромный индикатор

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021102155A RU2754306C1 (ru) 2021-01-29 2021-01-29 Термохромный индикатор

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2754306C1 true RU2754306C1 (ru) 2021-08-31

Family

ID=77670049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021102155A RU2754306C1 (ru) 2021-01-29 2021-01-29 Термохромный индикатор

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2754306C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2097714C1 (ru) * 1995-02-13 1997-11-27 Кузбасский государственный технический университет Обратимые термохромные материалы
RU2187081C1 (ru) * 2001-03-11 2002-08-10 Кузбасский государственный технический университет Обратимый хромовый термоиндикатор
RU2301974C1 (ru) * 2005-12-20 2007-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" (ГУ КузГТУ) Обратимые биметаллические термоиндикаторы
CN103319509A (zh) * 2013-06-09 2013-09-25 浙江大学 一种用于温度探测的双稀土金属有机框架材料及其制备方法
RU2499800C1 (ru) * 2012-10-09 2013-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Обратимый термохимический индикатор
RU2551373C1 (ru) * 2014-03-11 2015-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Обратимый цветовой термоиндикатор на основе двойного комплексного соединения

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2097714C1 (ru) * 1995-02-13 1997-11-27 Кузбасский государственный технический университет Обратимые термохромные материалы
RU2187081C1 (ru) * 2001-03-11 2002-08-10 Кузбасский государственный технический университет Обратимый хромовый термоиндикатор
RU2301974C1 (ru) * 2005-12-20 2007-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" (ГУ КузГТУ) Обратимые биметаллические термоиндикаторы
RU2499800C1 (ru) * 2012-10-09 2013-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Обратимый термохимический индикатор
CN103319509A (zh) * 2013-06-09 2013-09-25 浙江大学 一种用于温度探测的双稀土金属有机框架材料及其制备方法
RU2551373C1 (ru) * 2014-03-11 2015-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Обратимый цветовой термоиндикатор на основе двойного комплексного соединения

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЧЕРКАСОВА Е.В. и др. "Синтез, кристаллическая структура и особенности строения гекса(изотиоцианато)хроматов(III) комплексов лантана(III) и неодима(III) с никотиновой кислотой", Журнал неорганической химии, 2013, т. 58, номер 9, с. 1165-1171. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Knopp et al. Syntheses, electrochemistry, and spectroscopic and magnetic properties of new mononuclear and binuclear complexes of vanadium (III),-(IV, and-(V) containing the tridentate macrocycle 1, 4, 7-trimethyl-1, 4, 7-triazacyclononane (L). Crystal structures of [L2V2 (acac) 2 (. mu.-O)] I2. 2H2O,[L2V2O4 (. mu.-O)]. 14H2O, and [L2V2O2 (OH) 2 (. mu.-O)](ClO4) 2
RU2551373C1 (ru) Обратимый цветовой термоиндикатор на основе двойного комплексного соединения
RU2301974C1 (ru) Обратимые биметаллические термоиндикаторы
RU2499800C1 (ru) Обратимый термохимический индикатор
Coe et al. Control of axial ligand substitution in trans-bis (2, 2'-bipyridine) ruthenium (II) complexes. Crystal and molecular structure of trans-(4-ethylpyridine)(dimethyl sulfoxide) bis (2, 2'-bipyridine) ruthenium (II) hexafluorophosphate, trans-[Ru (bpy) 2 (4-Etpy)(DMSO)](PF6) 2
Pramanik et al. Coordination assembly of p-substituted aryl azo imidazole complexes: Influences of electron donating substitution and counter ions
Dankhoff et al. Novel Cu (ii) complexes with NNO-Schiff base-like ligands–structures and magnetic properties
Steiniger et al. Germane vs. digermane formation
Zhang et al. Synthesis, magnetic and photomagnetic study of new iron (ii) spin-crossover complexes with N 4 O 2 coordination sphere
Ren et al. Stable terbium metal–organic framework with turn-on and blue-shift fluorescence sensing for acidic amino acids (l-aspartate and l-glutamine) and cations (Al 3+ and Ga 3+)
Shmelev et al. Coordination polymers based on 3, 5-di-tert-butylbenzoate {Cd2Eu} moieties
Xue et al. Two crystalline Zn (II)-viologen compounds with photochromism, photomodulated luminescence and water-induced reversible crystal-to-amorphous transformation
RU2754306C1 (ru) Термохромный индикатор
Escuer et al. Use of 6-methylpyridine-2-carbaldehydeoxime in Nickel (II) carboxylate chemistry: Synthetic, structural and magnetic properties of penta and hexanuclear complexes
RU2443707C1 (ru) Обратимый термоиндикатор на основе двойной комплексной соли
RU2415146C1 (ru) Биметаллический цветовой индикатор температуры
RU2689772C1 (ru) Обратимый биметаллический цветовой термоиндикатор
Sun et al. In situ recrystallization of lanthanide coordination polymers: from 1D ladder chains to 1D linear chains
RU2778625C1 (ru) Цветовой индикатор возвратного действия
RU2799976C1 (ru) Цветовой термоиндикатор на основе биметаллического комплекса
RU2756438C1 (ru) Термочувствительный цветовой обратимый индикатор
Fenton et al. Chiral metal complexes 34. Stereospecific cis-α coordination to cobalt (III) by the new tetradentate ligand N, N′-dimethyl-N, N′-di (2-picolyl)-1, 2-diaminocyclohexane
RU2741011C1 (ru) Обратимый термохимический цветовой индикатор
RU2643150C1 (ru) Обратимый термохимический индикатор на основе двойного координационного соединения
RU2715359C1 (ru) Обратимый химический индикатор температуры