Проблемы теоретической и экспериментальной химии

 

 

 

УДК 351

П 781

Печатается по решению

оргкомитета конференции

 

 
 
 
 

Редакционная коллегия: 

И.Е. Анимица, С.А. Вшивков, 

Т.В. Терзиян (отв. за вып.), В.А. Черепанов, А.Ю. Зуев,  

Л.К. Неудачина, А.П. Сафронов, В.Я. Сосновских 

 
 
 

Конференция проводится при финансовой поддержке 

гранта РФФИ № 16-33-10102 

 
 
 

П781

Проблемы теоретической и экспериментальной химии :

тез. докл. XXVI Рос. молодеж. науч. конф., посвящ. 120-летию 
со дня рожд. акад. Н.Н. Семенова, Екатеринбург, 27–29 апр. 
2016 г. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2016. – 542 с.

ISBN 978-5-7996-1744-8

 
В сборнике представлены результаты исследований по пяти научным 

направлениям: физикохимии полимерных и коллоидных систем, аналитической химии, термодинамике и структуре неорганических систем, 
технологии и электрохимии неорганических материалов и органической 
химии.  

Для специалистов, занимающихся вопросами теоретической и экспе
риментальной химии, а также студентов, аспирантов и научных сотрудников. 

 

УДК 351 

 
 

ISBN 978-5-7996-1744-8
 Уральский федеральный университет, 2016

НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ СЕМЕНОВ 

 

Николай Николаевич Семенов родился 15 (3) апреля 1896 г. в Са
ратове, родители – Николай Александрович и Елена Александровна Семеновы. В 1909 г. семья переехала в Самару, где Николай посещал реальное училище, которое окончил в 1913 г. с занесением на золотую доску. 

В июле 1913 г. Николай поступил на математическое отделение 

физико-математического 
факультета 
Императорского 
Санкт
Петербургского университета, где, занимаясь у известного русского физика Абрама Иоффе, проявил себя активным студентом. Темой научных 
интересов Николая Семенова в эти годы была ионизация атомов и молекул под действием электронного удара в газовых разрядах. По окончании университета в 1917 г. Николай был оставлен при университете 
профессорским стипендиатом. До весны 1918 г. он работал в Петрограде. Весной 1918 г. Семенов приехал к родителям в Самару на каникулы, 
где его застал мятеж Чехословацкого корпуса. Он не смог вернуться в 
Петроград, был мобилизован в белогвардейскую армию и около месяца 
служил коноводом в артиллерийской батарее. Полтора года, с сентября 
1918 по март 1920 г., ученый преподавал в Томском университете и 
Томском технологическом институте.  

В мае 1920 г. А. Ф. Иоффе, только что избранный академиком, 

вызвал талантливого молодого ученого в Петроград для продолжения 
исследовательской работы. В эти годы Н. Н. Семенова все более стали 

интересовать вопросы, связанные как с физикой, так и с химией. В 1920 г. 
он возглавил лабораторию электронных явлений Петроградского физико-технического рентгеновского института. В 1927 г. Семенова назначили руководителем химико-физического сектора института. По его 
настоянию и с помощью его коллег, заинтересованных в развитии физической химии, лаборатория физики электрона превратилась в 1931 г. в 
Институт химической физики (ИХФ) Академии наук СССР, Николай 
Семенов стал его первым директором и возглавлял институт в течение 
55 лет. Основной задачей института было внедрение физических теорий 
и методов в химию и химическую промышленность. Одновременно Семенов вел преподавательскую работу (с 1928 г. – профессор) в Ленинградском политехническом институте. В 1929 г. Академия наук СССР 
избрала Семенова своим членом-корреспондентом, а в 1932 г. – действительным членом. В 1944 г. ИХФ АН СССР был переведен в Москву, 
а его директор Н. Н. Семенов стал профессором Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, где организовал кафедру 
химической кинетики, которой заведовал более 40 лет. Среди выпускников кафедры несколько академиков и членов-корреспондентов АН 
СССР, много профессоров и докторов наук. В 1972 г. в ИХФ Н. Н. Семенов возродил лабораторию цепных процессов и сам ее возглавил. 

С 1957 г. Н. Н. Семенов член Президиума АН СССР, в 1957–1971 

гг. – академик-секретарь Отделения химических наук АН СССР, в 1963–
1971 гг. – вице-президент АН СССР. Заслуги Н. Н. Семенова были высоко оценены как в нашей стране, так и за рубежом. Он дважды удостоен Государственной премии СССР (1941, 1949), Ленинской премии 
(1976), дважды – звания Героя Социалистического Труда (1966, 1976), 
награжден девятью орденами Ленина, орденом Трудового Красного 
Знамени, высшей наградой Академии наук – золотой медалью им. М. В. 
Ломоносова (1970). В 1956 г. Н. Н. Семенов стал лауреатом Нобелевской премии, присужденной ему и английскому ученому Сирилу Норману Хиншелвуду «за исследования в области механизма химических 
реакций». 

Область научных интересов Николая Николаевича Семенова 

весьма обширна. Первым вопросом, которым Н. Н. Семенов начал заниматься еще со студенческих лет, является проблема ионизации газов. В 
20-х гг. Николаем Семеновым был открыт механизм теплового электрического пробоя диэлектриков и создана теория, физическая идея которой помогла впоследствии создать теорию теплового взрыва и горения 
газовых смесей. На основе этой теории Семенов вместе с учениками 
развил учение о распространении пламени, детонации, горении взрывчатых веществ и пороха. 

Работы, проведенные в 1926–1927 гг. в лаборатории электронных 

явлений, привели к открытию цепных разветвленных химических реакций. Это открытие принадлежит к крупнейшим научным событиям XX 
в. Огромная заслуга Николая Николаевича состоит в создании общей 
теории цепных процессов. Теория основывалась на высокой реакционной способности атомов и радикалов, образующихся в реакции зарождения цепей и в их последующих реакциях с исходными молекулами, 
ведущих к продолжению и разветвлению цепей. Зная, как протекает 
цепная реакция, можно сделать выводы о скоростях реакции и регулировать ее выход. Также становится возможным проводить химические 
реакции в желаемом направлении. Корме того, данная теория позволила 
объяснить резкую зависимость скорости реакции от небольших изменений давления, добавок инертного газа, диаметра реакционного сосуда и 
состояния его стенок. Результаты этой работы обобщены в классической 
монографии Н. Н. Семенова «Цепные реакции», изданной в 1934 г. в 
России и в 1935 г. в Англии. Монография послужила мощным толчком к 
развитию работ по химической физике и химической кинетике во всем 
мире. 

Идеи Н. Н. Семенова о значении химической кинетики для уста
новления количественной связи между строением реагирующих веществ 
и их реакционной способностью нашли яркое воплощение в монографии 
«О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности». 

В начале Великой Отечественной войны ИХФ был эвакуирован в 

Казань, где в 1941–1943 гг. Семенов работал по оборонной тематике. В 
1946 г. ИХФ был привлечен к созданию ядерного оружия. Институту 
было поручено проведение расчетов, связанных с конструированием 
атомных бомб, измерение необходимых констант, а также подготовка 
полигона и оборудования для оценки поражающего действия ядерного 
оружия. 

В 1950–1960 гг. Н. Н. Семенов осуществил большой цикл работ в 

области гомогенного и гетерогенного катализа, в результате чего открыл 
новый тип катализа – ионно-гетерогенный. Совместно с В. В. Воеводиным и Ф. Ф. Волькенштейном была развита цепная теория гетерогенного катализа. 

В области молекулярной физики Н. Н. Семеновым был проведен 

ряд исследований молекулярного пучка, изучены явления критической 
температуры конденсации, совместной конденсации, адсорбции. Одновременно изучались реакции полимеризации и решались некоторые вопросы коллоидной химии. Большое внимание ученый уделял исследованию потенциалов ионизации паров металлов и солей, были выполнены 

работы, которые легли в основу современных представлений об электронном строении и динамике превращения молекул. Н. Н. Семенов и 
его школа внесли существенный вклад в кинетику биологических процессов и решение проблем онкологии, кинетику полимеризационных 
процессов и создание новых материалов, химию высоких энергий, химию низких температур и получение энергоемких веществ, ядерную 
химию и развитие новых физических методов изучения строения вещества, металлокомплексный и ферментативный катализ. 

 
Основные труды Н. Н. Семенова: 
 
Современное учение о скорости газовых химических реакций. 

М. ; Л. : Госиздат, 1929. 

Цепные реакции. Л. : ОНТИ, 1934; 2-е изд. М. : Наука, 1986. 
О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной 

способности. М. : Изд-во АН СССР, 1958. 

Основные проблемы химической кинетики. М. : Изд-во АН 

СССР, 1959. 

Наука и общество : статьи и речи. М. : Наука, 1981. 

 
 

СЕКЦИЯ ФИЗИКОХИМИИ ПОЛИМЕРНЫХ 

И КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ 

CHARACTERIZATION OF FERROGELS AND MAGNETIC 

COMPOSITES BASED ON POLYACRYLAMIDE 

WITH EMBEDDED IRON OXIDE NANOPARTICLES 

Scharf F.(1), Mikhnevich E.A.(2), Safronov A.P.(2) 

(1) Technical University Dresden 
01062, Dresden, Helmholtzstr. 10 

(2) Ural Federal University 

620002, Yekaterinburg, Mira, 19 

 

Biocompatible ferrogels are the advanced materials, which gain atten
tion both from the theory and from the viewpoint of prospective bio-medical 
application in actuators and biosensors. The ferrogel contains the polymeric 
network of a water soluble polymer, which provides its mechanical elasticity 
and the magnetic particles embedded in the network, which give the sensitivity of the material to the external magnetic field. The target properties of ferrogel such as mechanical ones are subjected by the complex combination of 
the molecular and interfacial interactions in its structure. 

The objective of the present research was to study the interactions in 

the ferrogel based on polyacrylamide (PAAm) with embedded iron oxide 
(FeOx) magnetic nanoparticles (MNP) in respect to the selected mechanical 
and magnetic properties. Therefore two model systems: the suspension of 
FeOx in the solution of linear PAAm and the binary composite of linear 
PAAm and FeOx, were primarily considered. 

First the adsorption of linear PAAm at the surface of MNPs was 

measured using the refractive index for the determination of the residual polymer concentration in the supernatant solution. It was found out that the adsorption of PAAm strongly depends on whether the suspension of MNPs is 
electrostatically stabilized or not. In the latter case the positive adsorption of 
PAAm onto FeOx MNPs was found with its maximum 9.4 mg of PAAm per 
1g of FeOx  at 1.35% in the supernatant solution. However, if sodium citrate 
(NaCit) was used as the electrostatic stabilizer of MNP suspension mixed 
with PAAm solution, the adsorption was found negative, which meant that 
PAAm macromolecules were repelled from FeOx surface. 

The negative influence of NaCit on the interaction between PAAm and 

FeOx MNPs was also shown by measuring the enthalpy of interaction in binary composites PAAm/FeOx. Therefore, composite films with FeOx content 
0 – 90% were cast from the mixed suspensions and the enthalpy of their dis

solution in water was measured by means of Calvet microcalorimetry. The 
enthalpy of interaction at the PAAm/FeOx interface was calculated from 
these data using the appropriate thermochemical cycle. It was found out that 
the enthalpy of adhesion for the composites with no NaCit approached for 
saturation (-10 J/m²) for increasing concentrations of PAAm. The negative 
enthalpy shows that the adhesion is an energetically favourable process. If 
NaCit was involved in the composites the values of the enthalpy were positive and indicated that there was no adhesion. 

Based on these results it was concluded that while ferrogels were syn
thesized by PAAm polymerization in the suspension of FeOx MNPs stabilized by NaCit, the latter efficiently prevented interaction between PAAm 
subchains of the network and the embedded MNPs. The synthesized ferrogels 
with the MNP content up to 3.8% by weight were subjected to the studies of 
the swelling degree, the Young modulus and the magnetostriction in 400mT 
uniform magnetic field. 

It was shown that the swelling degree of the ferrogel is independent on 

the mass contents of MNP and lies around the value of 30. The Young modulus showed a behavior unforeseen by the theoretical expectations. Instead of 
the linear dependence on the volume fraction of MNPs it showed very steep 
increase to saturation at very low MNP content. Concerning the magnetostriction no effect could be measured. A theoretical approach showed that the 
MNPs were too small to be affected by the field at a given level of the modulus of gel. 

The study was supported by the Russian Scientific foundation grant 

14-19-00989. 

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ 

СВОЙСТВА ПЛЕНОК ЦИАНЭТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ 

Абу Салех А.С., Русинова Е.В., Вшивков С.А. 

Уральский федеральный университет 

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19 

 

Расширение областей применения и условий эксплуатации поли
мерных материалов, а также их незаменимость в большинстве изделий 
бытового и технического назначения требуют качественного исследования их механических свойств и, прежде всего, деформации при ползучести. Можно предположить, что величина и скорость ползучести полимерных пленок контролируются структурой пленок.  

В этой связи представляет интерес исследование ползучести пле
нок полимеров, полученных в условиях магнитного поля, поскольку 

ранее в работах кафедры высокомолекулярных соединений УрФУ было 
показано, что постоянное магнитное поле существенно влияет на структуру полимерсодержащих систем. 

Пленки цианэтилцеллюлозы (ЦЭЦ) получали методом полива 

растворов в диметилформамиде на полипропиленовую подложку с последующим высушиванием на воздухе как в магнитном поле при 
напряженности 3,62 кЭ, так и вне поля при 298 К. Готовили растворы с 
концентрациями 8.0, 10.0 и 12.0 % масс. полимера. Механические свойства пленок исследовали при температуре 298 К в режиме постоянного 
нагружения, фиксируя изменение геометрических размеров пленок. 

Обнаружено следующее: увеличение концентрации раствора при
водит к уменьшению ползучести пленок. Пленки, полученные в магнитном поле с линиями напряженности, совпадающими с осью растяжения 
пленки, обладают большей ползучестью по сравнению с таковыми, полученными вне поля. Наибольший эффект наблюдается для пленок, полученных из 8%-ного раствора. Наложение магнитного поля с линиями 
напряженности, перпендикулярными направлению растяжения пленки 
приводит к незначительному уменьшению ползучести пленок, по сравнению с таковыми, полученными вне поля.  

Полученные результаты обсуждаются в рамках представлений о 

существовании доменной структуры в пленках и перемещении наноразмерных структурных единиц в процессе ползучести.  

МАГНИТОРЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ МАГНИТНОЙ 

ЖИДКОСТИ ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАН – НАНОЧАСТИЦЫ 

ЖЕЛЕЗА – АЭРОСИЛ 

Аввакумова А.С., Галяс А.Г., Вшивков С.А.  

Уральский федеральный университет 

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19 

 

Магнитореологический эффект, то есть увеличение вязкости под 

действием магнитного поля, для своего теоретического описания и прогнозирования требует экспериментального изучения совместного влияния магнитного поля и деформирующего течения на динамику феррожидкостей. В этой связи требуются новые данные о влиянии магнитного 
поля и деформирующего течения на динамику таких систем. Так, 
например, до сих пор данные о влиянии концентрации магнитной жидкости на магнитореологический эффект малочислены. Целью настоящей 
работы явилось исследование концентрационной зависимости влияния 
постоянного магнитного поля на вязкость магнитной жидкости наноча

стицы железа – полидиметилсилоксан – аэросил при ротационном течении.  

Исследовади суспензию наночастиц железа (Fe) в среде полиди
метилсилоксан/аэросил. Использовали: нанодисперсный порошок железа черного цвета (диаметр частиц 150 нм, Sуд  = 8.3 м2/г, плотность  = 
7.874 г/см3 ) и аэросил – коллоидный диоксид кремния SiO2 (диаметр 
частиц 250 нм,  = 2.2 г/см3). Суспензии готовили смешением полидиметилсилоксана с наночастицами аэросила и железа. Концентрация наночастиц оксида кремния в системе составляла 2% масс., концентрация 
наночастиц железа: 1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 9.0 % масс. 

Измерения вязкости растворов проводили с помощью модифици
рованного реометра Rheotest RN 4.1, коаксиально – цилиндрический 
рабочий узел которого был изготовлен из маломагнитного вещества – 
латуни. Для изучения влияния магнитного поля на реологические свойства растворов использовали два магнита: 1 – создающий магнитное 
поле с напряженностью 3.7 кЭ и направлением силовых линий. Перпендикулярным оси вращения ротора, 2 – создающий магнитное поле с 
напряженностью 3.6 кЭ и направлением силовых линий, параллельно 
оси вращения ротора. 

Определены зависимости вязкости η от скорости сдвига γ маг
нитной жидкости в магнитном поле и его отсутствие при увеличении и 
уменьшении скорости сдвига. Обнаружено, что магнитная жидкость 
наночастицы железа – полидиметилсилоксан – аэросил является неньютоновской, что проявляется в уменьшении ее вязкости с ростом скорости сдвига. Наложение магнитного поля приводит к росту вязкости, что 
свидетельствует об ориентации феррочастиц по направлению силовых 
линий и агрегировании этих частиц.  

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА  

ЦИСТЕИН-СЕРЕБРЯНЫХ ГИДРОГЕЛЕЙ  

НА ОСНОВЕ БИОАКТИВНЫХ ХЛОРИДОВ МЕТАЛЛОВ 

Андрианова Я.В., Пахомов П.М., Хижняк С.Д. 

Тверской государственный университет 

170100, Тверь, ул. Желябова, д. 33 

 

В настоящее время особый интерес представляют гидрогели, полу
ченные на основе биоактивных веществ с низким содержанием дисперсной 
фазы (~0,01 М) в растворе [1]. Гидрогели, исследуемые в данной работе, 
представляют собой взаимодействие аминокислоты L-цистеина, нитрата 
серебра и электролита – инициатора гелеобразования. Важную роль в 

изучении процессов самоорганизации в цистеин-серебряном растворе 
(ЦСР) играют реологические методы. Цель работы – изучение процесса 
самоорганизации в ЦСР и гидрогелях на его основе, проведение реологических исследований методами вискозиметрии, динамического светорассеяния (ДСР), УФ спектроскопии и измерения электропроводности в системе. 

ЦСР получали при смешивании водных растворов L-цистеина и 

AgNO3 (С=0,03 М) при молярном соотношении (1.00:1.27). В качестве 
электролитов 
использовали 
хлориды 
металлов: 

Na+, Co+2, Ni+2, Mg+2, Mn+2, Zn2+, Cu2+. Вязкость растворов и гелей измеряли 
на вибрационном лепестковом SV-10 вискозиметре, а электропроводность 
- кондуктометром «Seven Go PRO SG7» фирмы «Mettler Toledo». Процесс 
самоорганизации в ЦСР на молекулярном уровне исследовали методами 
ДСР на приборе Zetasizer Nano фирмы «Malvern» и УФ спектрометре 
«Evolution Array» фирмы Thermo Scientific. С помощью пятибалльной 
шкалы [1] удалось оценить прочностные свойства гидрогелей с разными 
инициаторами и определить диапазоны концентраций компонентов. Так, 
гидрогель с хлоридом меди приобретает наибольшее значение вязкости  
при небольших количествах вводимого электролита (0,06 мл), в отличие 
от других хлоридов металлов (~ от 0,16 мл). Методом вибрационной 
вискозиметрии проведены количественные измерения вязкости гидрогелей, установлено соответствие между прочностными и реологическими 
свойствами системы. Также установлено соответствие между процессами 
самоорганизации и падением значений электропроводности в системе. Полученные данные методами ДСР и УФ спектроскопии свидетельствуют 
об образовании фрактальных кластеров из супрамолекулярных цепей 
меркаптида серебра в ходе созревания ЦСР и образовании пространственной гель-сетки при введении электролитов (солей металлов). Результаты метода ДСР свидетельствуют о росте размеров кластеров из 
олигомерных цепей в ходе «созревания» ЦСР и процесса гелеобразования. 

 
1. Пахомов П.М., Хижняк С.Д., Овчинников М.М. и др. Супрамо
лекулярные гели. Тверь : ТвГУ, 2011. 270 с. 

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства обра
зования и науки РФ в рамках выполнения государственных работ в сфере 
науч. деятельности (проект № 4.1325.2014/К), гос. задания "Обеспечение 
проведения научных исследований" на базе ЦКП ТвГУ и программы 
У.М.Н.И.К. (гос. контракт № 5334ГУ1/2014 от 24.03.15).