Low-temperature orientational order and possible domain structures in C(_{60}) fullerite

Based on a simple model for ordering of hexagons on square planar lattice, an attempt has been made to consider possible structure of C(_{60}) fullerite in its low temperature phase. It is shown that hexagons, imitating fullerens oriented along (C_{3}) axes of \emph{sc} lattice, can be ordered into an ideal structure with four non-equivalent molecules in unit cell. Then the energy degeneracy for each hexagon rotations by (\pi /3) around its (C_{3}) axis leaves the translational and orientational order in this structure, but leads to a random distribution of (\pi /3) rotations and hence to {}``averaged{}'' unit cell with two molecules. However the most relevant structural defects are not these intrinsic \char`\"{}misorientations\char`\"{} but certain walls between the domains with different sequencies of the above-mentioned two (non-ideal) sublattices. Numeric estimates have been made for the anisotropic inter-molecular potential showing that the anisotropy is noticeably smaller for molecules in walls than in domains

Ion-Exchange Properties of Transcarpathian Natural Zeolites

The adsorption of ammonium ions, radionuclide ions (Sr 2+ and Cs + ) and heavy metal ions (Ni 2+ , Cr 3+ , Fe 3+ and Hg 2+ ) on natural Sokyrnytsky clinoptilolite has been investigated. Effective cation exchange of heavy metal ions and radioactive elements was observed with samples of the clinoptilolite which had been pretreated with ammonium chloride solutions. The adsorption isotherms for such cations from solutions of 0.5–1.0 mg/l ion content were studied under static conditions for adsorbent particle size fractions of 1.5–2.5 mm. Solid phases and solution aliquots were analyzed by X-ray fluorescence methods for Sr 2+ ions while the concentrations of other ions were analyzed by spectrophotometric methods

Synthesis and Modification of Catalysts for the Partial Oxidation of n-Alkanes

The physical, chemical and catalytic properties of simple oxides and aluminosilicates of different composition, together with modifications of the same obtained by treatment with various reagents, have been studied experimentally. It has been shown that the use of simple oxides as catalysts led to the extensive oxidation of ethane while the use of aluminosilicates allowed the generation of formaldehyde, acetaldehyde and alcohols such as methanol and ethanol. The presence of phosphorus in the modified catalysts favoured the formation of aldehydes and led to an increase in aldehyde concentration as well as the appearance of alcohols among the oxidation products of n-alkanes, e.g. ethane. Thus, the addition of phosphoric acid to γ-Al 2 O 3 resulted in the formation of formaldehyde as a useful product

Role of the Surface Energy for the Formation of the Domain Structure at Magnetoelastic Phase Transition

The formation of the domain structure during magnetic ordering in the pure antiferromagnet with the rotational (non-180°) domains can be treated as thermodynamically preferable if the free energy of the sample is minimized with the account of surface energy. The analogy between the role of magnetostatic energy in ferromagnets and surface energy of antiferromagnet is traced. The behavior of the domain structure and macroscopic strain tensor in the external magnetic field is investigated

Compatible Adsorption of Strontium and Zinc Ions as Well as Vitamins on Zeolites

Adsorbents based on natural Sokyrnytsky clinoptilolite have been prepared by treating the base sorbent with aqueous solutions of different salts or acids (HCl, NH 4 OH or NaCl). The separate adsorption of Zr 2+ and Sr 2+ ions and of vitamin B 1 together with the joint adsorption of Sr 2+ ions and vitamin B 1 has been investigated on the prepared samples. The adsorption isotherms of the cations were studied both against concentration and time, when superposition of the adsorption and desorption curves was observed. This suggests the possibility of using such adsorbents for the isolation of heavy metal ions from human organisms without simultaneous loss of vitamin B 1

ТЕПЛОВІ ЕФЕКТИ ПРИ ІОНООБМІННІЙ СОРБЦІЇ ІОНІВ ДЕЯКИХ МЕТАЛІВ НА КЛИНОПТИЛОЛІТІ

The adsorption of lead, cadmium, nickel and copper ions and thermal effects that is accompanying these processes were investigated.Thermal effects and adsorption have been explored in static conditions on the rock of clinoptilolite of the Sokyrnytsa deposit (Ukraine). Thermal effects were measured by calorimetric method. Clinoprotololit was previously transferred to sodium form, treated with 1M sodium chloride solution, for 8 hours at a temperature of 90 degrees Celsius.To study the sorption, a solution of nitrates of the corresponding metals was used, and the initial concentration of solutions was 0.1 mol/l. Mass ratio between clinoptilolite: and solution was 1:30.The maximum sorption capacity of the sodium form of clinoptilolite was observed for the lead ions.Thermal effects accompanying the process of interaction of metal salts solutions with clinoptilolite, take values from 25 (for copper ions) to 70 (for cadmium ions) kJ / mol of sorbent ion.The thermal effects of ion exchange were calculated. The calculation of the thermal effect of ion exchange was carried out on the grounds that the thermal effect of the interaction of clinoptilolite with a solution of metal salt is an algebraic sum of heat effects: dehydration of the adsorbed ion, hydration of the desorbed ion (in this case, the Na+ ion), heat ion exchange effect. In the calculations, it was considered that the ion that is completely absorbed is dehydrated, and the exchange ion undergoes complete hydration after ion exchange. The calculated thermal effects have a negative value for all metals (endothermic process). The calculated heat ion exchange effects range from -1223 kJ/mol for nicole and -647 kJ/mol for lead.It was proven that thermal effects of ion exchange are not determinants in the total thermal effect of the process. Since its value is much less than the thermal effect of hydration of most ions.Correlation between the magnitude of the sorption and the thermal effect of the ion exchange have been established. This dependence is described with the coefficient of correlation R = 0.7.Досліджено сорбцію іонів Плюмбуму, Кадмію, Ніколу, Купруму та теплових ефектів, що супроводжують ці процеси. Теплові ефекти та адсорбцію досліджували у статичних умовах на породі клиноптилоліту родовища Сокирниця (Україна). Теплові ефекти вимірювали калориметричним методом. Клиноптилоліт попередньо переводили у натрієву форму, оброблючи 1М розчином натрію хлориду, протягом 8 годин при температурі 90⁰С.Для дослідження сорбції використовували розчин нітратів відповідних металів, початкова концентрація розчинів становила 0,1 моль/л. Масове співвідношення між клиноптилолітом і розчином становило 1: 30. Максимальна сорбційна ємність натрієвої форми клиноптилоліту спостерігалася для іонів Плюмбуму.Теплові ефекти, що супроводжують процес взаємодії розчинів солей металів з клиноптилолітом, приймають значення від 25 (для іонів Купруму) до 70 (для іонів Кадмію) кДж/моль сорбованого іона.Розраховано теплові ефекти іонного обміну. Розрахунок теплового ефекту іонного обміну проводили на тій підставі, що тепловий ефект взаємодії клиноптилоліту з розчином солі металу є алгебраїчною сумою теплових ефектів: дегідратації адсорбованого іона, гідратації десорбованого іона (в даному випадку іон Na+) та теплового ефекту іонного обміну. У розрахунках вважалося, що адсорбований іон повністю дегідратується, а обмінний іон після іонного обміну проходить повну гідратацію. Розраховані теплові ефекти мають негативне значення для всіх металів (ендотермічний процес). Розраховані теплові ефекти іонного обміну коливаються в межах від -1223 кДж/моль для Ніколу та -647 кДж/моль для Плюмбуму.Доведено, що теплові ефекти іонного обміну не є визначальними в загальному тепловому ефекті процесу, оскільки значення теплових ефектів іонного обміну набагато нижчі, ніж тепловий ефект гідратації більшості іонів.Встановлено кореляцію між величиною сорбції та тепловим ефектом іонного обміну. Дана залежність описується з коефіцієнтом кореляції R = 0.7

ТЕРМОДИНАМІЧНІ РОЗРАХУНКИ ІОНООБМІННОЇ СОРБЦІЇ ІОНІВ ФЕРУМУ НА КЛИНОПТИЛОЛІТІ

Increased content of iron in water, impairs its quality and, in many cases, makes it impossible to use such water for home and industrial needs. Although iron is the basis of many biochemical processes in the human body, its excess content can have many negative effects. According to WHO standards, the permissible content of iron in drinking water is 0.3 mg/l. The high iron content is observed in the natural waters of many regions ofUkraineand other countries. This phenomenon is often not connected with anthropogenic influence but caused by the peculiarity of the geomorphological structure of the area. Therefore, the development of new and improvement of the existing methods of water desalination (iron removal) is a pressing issue.The methods of water desalination can be divided into four different categories: traditional techniques, biological methods, processes based on membrane technologies, and methods based on nanotechnologies. Among the traditional methods, one of the main approaches is ion-exchange.In this work, quantum-chemical calculations of iron ion exchange processes on clinoptilolite (structural type HEU) and its modified forms are carried out. The calculations used the software xTB. The semi-empirical GFN2-xTB method was chosen as the primary method, based on a modified density functional theory, namely the Density Functional based Tight Binding (DFTB) approach.Iron atoms were considered in oxidation states 2 and 3. Also, they considered the possible electronic states of each of the ions and sorption products (low spin state - multiplicity 1 and 2 in the case of Fe2+ and Fe3+, respectively, and high spin state - multiplicity 5 and 6 in the case of Fe2+ and Fe3+, respectively).Fe(H2O)6n+ + Zeo-X(H2O)a  = X(H2O)6 + Zeo-Fe(H2O)b + y (H2O)6 (1) The thermodynamic calculations of the ion exchange (1) indicate the possibility of the forward reaction run (ΔG <0). In the case of monovalent sodium exchange ions, ion exchange is possible both Fe2+ and Fe3+. In the case of double-charge calcium exchange ions, ion exchange is possible for Fe3+ ions. Ion exchange involving Fe3 + ions is much more energetically favorable than Fe2+ ions.Підвищений вміст Феруму у воді, погіршує її якість та, у багатьох випадках, робить неможливим використання такої води у побуті та промисловості. Хоча Ферум і є основою багатьох біохімічних процесів у організмі людини, його надлишковий вміст може спричиняти ряд негативних наслідків. Відповідно до стандартів ВООЗ, допустима вміст Феруму в питній воді становить 0,3 мг/л. Високий вміст Феруму спостерігається у природних водах багатьох регіонів України та інших країн. Дане явище часто не повʼязане з антропогенним впливом, а викликане особливістю геоморфологічної будови місцевості. Тому розробка нових та вдосконалення існуючих методів знезалізнення вод (вилучення Феруму) є актуальним питанням.Методи знезалізнення вод можна поділити на 4 різні категорії: традиційні методи, біологічні методи, методи на основі мембранних технологій і методи, що базуються на нанотехнологіях. Серед традиційних методів одним з основних є метод іонного обміну.У даній роботі проведено квантово-хімічні розрахунки процесів іоного обміну іонів Феруму на клиноптилоліті (структурний тип HEU) та його модифікованих формах. Для розрахунків використовували програму xTB (Version 6.0.1 SAW181210). Як базовий метод обрано напівемпіричний метод GFN2-xTB, в основі якого лежить модифікована теорія функціоналу густини, а саме – підхід DFTB (Density Functional based Tight Binding).Ферум розглядався у ступені окиснення 2 та 3, крім того розглянуто можливі електронні стани кожного із іонів та продуктів сорбції (низькоспіновий стан – мультиплетність 1 у випадку Fe2+ та мультиплетність 2 у випадку Fe3+; високоспіновий стан – мультиплетність 5 у випадку Fe2+ та мультиплетність 6 у випадку Fe3+).Fe(H2O)6n+ + Zeo-X(H2O)a = X(H2O)6 + Zeo-Fe(H2O)b + y(H2O)6 (1)Розрахунки реакції іонообмінної реакції (1) вказують на можливість самовільного перебігу процесу(ΔG<0). При одновалентних обмінних іонах, іонний обмін можливий як Fe2+ так і Fe3+. При двозарядних обмінних іонах, іонний обмін можливий для іонів Fe3+. Іонний обмін за участю іонів Fe3+ є набагато більш вигідним у порівнянні із іонами Fe2+