НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ОБРАТИМЫЙ ТЕРМОИНДИКАТОР Российский патент 2015 года по МПК G01K11/14 

Изобретение относится к области химии, более конкретно - к новому цветовому индикатору температуры, и может быть использовано для индикации и визуального контроля температуры и температурных полей в различных технологических процессах.

Термохимические индикаторы в большинстве своем изготовлены 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 температуры. - М.: Энергия, 1978. С.10-12; Paruta L. Термохромизм неорганических соединений/ L. Paruta, A. Boldijar// Rev. chim., 1987. V.38. No.1. P.26-29; Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. - Л.: Химия, 1991. C. 112).

Многие термочувствительные вещества содержат органические компоненты в своем составе. Тетрахлорокупрат(II) бис-(диэтиламмония) [(CH₃CH₂)₂NH₂]₂CuCl₄ обладает термохромными свойствами, при температуре 45°C изменяет окраску от ярко-зеленой до желтой. Изменение окраски обусловлено структурной изомеризацией комплекса из плоскоквадратного в тетраэдрический (Choi S., J.A. Larrabee. Термохромный тетрахлорокупрат(II)//J.Chem.Educ. 1989. V.66. No.9. P.774-776). Искажение геометрии галогенокупратного аниона $$CuC{l}_4^{2-}$$ является результатом термодинамического перехода стерически затруденной низкотемпературной формы, имеющей зеленую окраску, в более разупорядоченную высокотемпературную форму, окрашенную в желтый цвет. Практическое использование этого термохромного материала ограничивается чрезвычайной гигроскопичностью низкотемпературной формы комплекса, что требует вакуумной герметизации материала.

Термохромное вещество состава (С₅Н₇N₂)₃[Сr(NСS)₆]·Н₂O 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.

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 $$N{O}_2^{-}$$ , то есть при нагревании происходит изменение строения вещества (Hitchman M.A., James G. Природа синего изомера комплекса Ni(1,2-диаминоэтан)₂(NO₂)₂ // Inorg. Chim. Acta. 1984. V.88. No.12. P. 19-21).

Для синтеза перечисленных веществ требуются органические вещества, имеющие неприятный запах и зачастую являющиеся токсичными.

Известны также и некоторые неорганические термочувствительные вещества.

Термочувствительный пигмент Ag₂[HgI₄] изменяет окраску от желтой до темно-красной при 45°C, 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.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению являются термохромный материал 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.

Технический результат изобретения - создание нового обратимого цветового термоиндикатора на основе гидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III) калия, обладающего способностью обратимо изменять окраску при нагревании до температуры 120°С, доступного в получении и удобного в применении на практике.

Технический результат достигается тем, что неорганический обратимый термоиндикатор на основе комплексного соединения - гидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III) калия, согласно изобретению, обладает обратимым изменением окраски при нагревании до 120°С, а состав его характеризуется химической формулой К₃[Сr(NСS)₆] 3,33Н₂О.

В качестве исходных веществ используются доступные вещества: хромокалиевые квасцы и роданид калия, выпускаемые промышленностью как недорогие химические реактивы.

Полученное вещество устойчиво при хранении, не токсично и не имеет запаха.

Пример. Умеренно концентрированный водный раствор 30 г (0,3 моль) KNCS («хч») с 25 г (0,05 моль) KCr(SO₄)·12H₂O («хч») нагревали в течение двух часов на водяной бане, затем упаривали до тех пор, пока вся смесь при охлаждении не затвердевала с образованием темно-фиолетовой кристаллической массы. Эту смесь экстрагировали этиловым спиртом и продукт еще несколько раз перекристаллизовывали из спирта. Выход около 80%. Результаты химического анализа,% (теор./практ.): [Сr(NСS)₆]^3- 69,32/69,24; Н₂О: 10,38/10,30.

1. Продукт хорошо растворим в воде, этиловом спирте, диметилсульфоксиде и диметилформамиде.

2. ИК-спектр (ν, cм^-1): 3432(c.), 2087(oч.c.), 1620(cp), 833(cp.), 481(cp.).

3. Кристаллы К₃[Сr(NСS)₆]·3,33Н₂O тригональной сингонии, пр.гр. $$P\overline{3}m$$ , Z=3, а=14,2296(2), с=9,6116(3)Å, V=1685,43(6), ρ_выч.=1,708 г/см³.

4. Температура начала разложения комплекса на воздухе 130°С, в инертной атмосфере гелия - 140°С.

5. Характеристика изменения цвета при нагревании: обратимый переход из сиреневого в темно-зеленый.

Термочувствительный материал на основе гидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III) калия обладает обратимым термохромизмом при температуре 120°С 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 термохимического индикатора для визуального контроля температуры в технологических процессах.

Изобретение относится к новому цветовому индикатору температуры, а именно к неорганическому обратимому термоиндикатору на основе комплексного соединения - гидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III) калия. Состав термоиндикатора характеризуется химической формулой К₂[Сr(NСS)₆] 3,33Н₂О. Техническим результатом изобретения является создание нового обратимого термохромного материала, обладающего способностью обратимо изменять окраску при нагревании до температуры 120°С, доступного в получении и удобного в применении на практике. 1 пр.

Неорганический обратимый термоиндикатор на основе комплексного соединения - гидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III) калия, отличающийся тем, что он обладает обратимым изменением окраски при нагревании до 120°С, а состав его характеризуется химической формулой К₂[Сr(NСS)₆] 3,33Н₂О.