Термодинамические свойства карбосиланового дендримера шестой генерации с концевыми триметилсилилсилоксановыми группами
- Авторы: Смирнова Н.Н.1, Сологубов С.С.1, Маркин А.В.1, Миленин С.А.2,3,4, Татаринова Е.А.2, Музафаров А.М.2,5
-
Учреждения:
- Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
- Институт синтетических полимерных материалов им. Н. С. Ениколопова Российской академии наук
- Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого
- Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
- Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова Российской академии наук
- Выпуск: Том 98, № 9 (2024)
- Страницы: 30-37
- Раздел: 100-ЛЕТИЮ ЛАБОРАТОРИИ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ МГУ
- Статья получена: 07.03.2025
- Статья одобрена: 07.03.2025
- Статья опубликована: 30.12.2024
- URL: https://journal-vniispk.ru/0044-4537/article/view/282753
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044453724090044
- EDN: https://elibrary.ru/OOEUXI
- ID: 282753
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Впервые методами высокоточной адиабатической вакуумной калориметрии в области температур 6–318 K и дифференциальной сканирующей калориметрии в температурном интервале 300–600 K определена температурная зависимость теплоемкости карбосиланового дендримера шестой генерации с концевыми триметилсилилсилоксановыми группами. Обнаружены аномальные изменения его теплоемкости в интервале T = (179–200) K, связанное с расстеклованием дендримера, и в интервале 380–450 K, связанное с наноразмерным эффектом, характерным для дендримеров высоких генераций. Методом термогравиметрического анализа исследована термическая стабильность соединения и установлено, что температура начала термической деструкции составляет 600 K. Полученные экспериментальные данные использованы для расчета стандартных термодинамических функций дендримера для области от T → 0 до T = 600 K для различных физических состояний, а также стандартной энтропии его образования в расстеклованном состоянии при T = 298.15 K.
Полный текст
Сверхразветвленные полимеры представляют собой трехмерные молекулы с древовидной структурой и высокой плотностью ветвления [1]. В последние годы особое внимание исследователей уделяется этому классу соединений благодаря их функциональности и уникальности физических и химических свойств [2, 3]. Среди полимеров, обладающих сверхразветвленной архитектурой, наиболее перспективными представителями являются дендримеры – макромолекулярные нанообъекты регулярного строения, характеризующиеся монодисперсностью и функциональностью поверхностного слоя [4–6]. Благодаря структурной упорядоченности и многообразию по химической природе, дендримеры используются для создания высокотехнологичных наноматериалов, обладающих магнитными, оптическими и другими свойствами [7]. Также в настоящее время дендримеры находят широкое применение в биомедицине в качестве носителей для контролируемой доставки противовирусных и противоопухолевых препаратов, в тканевой инженерии и диагностике [8–10].
Наиболее важными представителями кремнийсодержащих дендримеров являются карбосилановые (Si–C) и силоксановые (Si–O) дендримеры [11–13]. Они характеризуются хорошей растворимостью в органических растворителях, высокой термической стабильностью и низкими значениями температуры расстеклования по сравнению с линейными полимерами.
Определение комплекса стандартных термодинамических характеристик дендримеров методами прецизионной калориметрии в широком диапазоне температур позволило установить и проанализировать практически важные зависимости свойств от состава и структуры соединений [14–20].
Данная работа является продолжением исследований и посвящена калориметрическому изучению карбосиланового дендримера шестой генерации с концевыми триметилсилилсилоксановыми группами G6[OSi(СH3)3]256 в температурной области 6–600 K, а именно определению теплоемкости в указанном интервале температур; выявлению возможных физических превращений и определению их термодинамических характеристик; расчету стандартных термодинамических функций дендримера для области от T → 0 до 600 K, а также стандартной энтропии его образования при T = 298.15 K.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Характеристики изученного образца. На рис. 1 приведена структура исследуемого карбосиланового дендримера G6[OSi(СH3)3]256, где G6 – номер генерации дендримера, [OSi(СH3)3]256 – фрагмент концевых групп дендримера и их количество. Образец был получен и охарактеризован в Институте синтетических полимерных материалов им. Н. С. Ениколопова РАН (г. Москва). Состав и строение дендримера были подтверждены методами элементного анализа, 1Н, 13C и 29Si ЯМР-спектроскопии [21].
Рис. 1. Молекулярная структура карбосиланового дендримера шестой генерации с концевыми триметилсилилсилоксановыми группами G6[OSi(СH3)3]256.
При расчете молярной массы дендримера (M(C1776H4572Si509О256) = 44331.12 г/моль) была использована таблица стандартных атомных масс, рекомендованная ИЮПАК [22].
Аппаратура и методики измерений. Температурная зависимость теплоемкости дендримера G6[OSi(СH3)3]256 в области температур 6–318 K была определена с использованием полностью автоматизированного адиабатического вакуумного калориметра БКТ-3 (АО “Термис”, Московская обл.). Подробное описание конструкции установки и методики измерений опубликовано в работах [23, 24]. Поверку калориметра проводили посредством измерения теплоемкости эталонных образов синтетического сапфира и бензойной кислоты [25].
Перед измерением теплоемкости калориметрическая ампула с веществом была заполнена сухим гелием особой чистоты для улучшения теплопроводности системы до давления 5 кПа. В качестве хладагентов были использованы жидкие гелий и азот в интервалах температур. Для проведения калориметрического опыта в ампулу было загружено 0.2348 г исследуемого дендримера G6[OSi(СH3)3]256. Образец был взвешен на аналитических весах Shimadzu AUX 220 (Япония); точность взвешивания составляла ±0.0001 г. Скорость нагревания ампулы с веществом составляла 0.2 K/мин. Было установлено, что калориметр позволяет определить теплоемкость соединения с относительной стандартной неопределенностью ur(Cpo) = 0.02 в области температур 6–15 K, ur(Cpo) = 0.005 в интервале температур 15–40 K, ur(Cpo) = 0.002 в температурной области 40–318 K; стандартная неопределенность u(T) = 0.01 K.
Теплоемкость карбосиланового дендримера G6[OSi(СH3)3]256 в области T = (300–600) K была измерена с помощью дифференциального сканирующего калориметра DSC204 F1 Phoenix (NETZSCH-Gerätebau, Германия). Методика проведения эксперимента и устройство прибора детально изложены в работах [26, 27] и программном обеспечении NETZSCH Proteus Software. Калибровку ДСК осуществляли посредством определения характеристик плавления высокочистых образцов индия, висмута, цинка, олова, ртути, калия, хлорида цезия и бифенила. В результате было установлено, что калориметр позволяет определять температуры фазовых превращений со стандартной неопределенностью u(T) = 0.5 K.
Для определения Cpo дендримера были выполнены три последовательных измерения: базовой линии, стандартного образца (корунда) и исследуемого образца. Эксперимент проводили в атмосфере аргона при скорости потока газа 50 мл/мин; скорость нагревания ампулы с веществом составляла 5 K/мин. Таким образом, калориметр позволяет определить теплоемкость вещества с относительной стандартной неопределенностью ur(Cpo) = 0.02 в температурной области 300–600 K.
Термогравиметрический (ТГ) анализ карбосиланового дендримера G6[OSi(СH3)3]256 был проведен с помощью термомикровесов TG 209 F1 Iris (NETZSCH, Германия) в температурном интервале 300–850 K в атмосфере аргона. Скорость нагревания ампулы с веществом составляла 5 K/мин. Результаты анализа показали, что температура начала разложения исследуемого дендримера T = 600 K (потеря массы – 2%). Термогравиметрическая кривая для дендримера G6[OSi(СH3)3]256 представлена на рис. 2.
Рис. 2. ТГ-кривая карбосиланового дендримера G6[OSi(СH3)3]256; Δm/m – потеря массы.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Теплоемкость. Кривая температурной зависимости теплоемкости карбосиланового дендримера G6[OSi(СH3)3]256 представлена на рис. 3. Экспериментальные значения Cpo дендримера приведены в табл. 1 (серии 1–4 получены с использованием адиабатического вакуумного калориметра; серия 5 – с помощью ДСК).
Рис. 3. Температурная зависимость теплоемкости карбосиланового дендримера G6[OSi(СH3)3]256: AВ – аморфное (стеклообразное) состояние; CF – аморфное (расстеклованное) состояние; DE – проявление “наноразмерного эффекта” (вставка на рисунке), Tg – температура расстеклования.
Исследуемый дендример был охлажден от комнатной температуры до температуры начала измерений (T = 6.09 K) со скоростью 0.02 K/с. При последующем нагревании дендримера в интервале T = (179–200) K наблюдается его расстеклование (рис. 3, участок BC, серия 1 табл. 1). Выявленный переход воспроизводился при охлаждении и повторном нагревании образца в том же температурном интервале (табл. 1, серия 4).
Таблица 1. Экспериментальные значения теплоемкости [кДж/(K моль)] карбосиланового дендримера шестой генерации с концевыми триметилсилилсилоксановыми группами G6[OSi(СH3)3]256, M(C1776H4572Si509О256) = 44331.12 г/моль
Т, K | Cp,m | Т, K | Cp,m | Т, K | Cp,m |
Серия 2 | 13.87 | 2.857 | 54.64 | 18.53 | |
6.09 | 0.543 | 14.28 | 2.994 | 57.05 | 19.43 |
6.26 | 0.561 | 14.69 | 3.168 | 59.49 | 20.17 |
6.43 | 0.578 | 15.11 | 3.310 | 61.10 | 20.70 |
6.59 | 0.601 | 15.52 | 3.491 | 64.38 | 21.71 |
6.75 | 0.624 | 15.93 | 3.637 | 66.84 | 22.66 |
6.92 | 0.648 | 16.36 | 3.817 | 69.31 | 23.55 |
7.09 | 0.664 | 16.78 | 3.971 | 71.78 | 24.56 |
7.25 | 0.713 | 17.21 | 4.171 | 74.27 | 25.40 |
7.42 | 0.736 | 17.64 | 4.309 | 76.76 | 26.36 |
Серия 3 | 18.07 | 4.506 | 79.26 | 27.20 | |
7.11 | 0.694 | 18.51 | 4.680 | 81.77 | 28.01 |
7.28 | 0.719 | 18.95 | 4.819 | 84.28 | 28.79 |
7.45 | 0.760 | 19.39 | 4.956 | 86.79 | 29.72 |
7.62 | 0.800 | 19.84 | 5.177 | Серия 1 | |
7.79 | 0.838 | 21.02 | 5.587 | 82.17 | 28.16 |
8.19 | 0.954 | 23.02 | 6.322 | 86.35 | 29.61 |
8.72 | 1.13 | 25.07 | 7.093 | 89.69 | 30.60 |
9.11 | 1.25 | 27.17 | 7.929 | 92.21 | 31.40 |
9.70 | 1.45 | 29.31 | 8.690 | 94.73 | 32.14 |
10.01 | 1.51 | 31.48 | 9.550 | 97.26 | 32.75 |
10.29 | 1.63 | 33.69 | 10.37 | 99.79 | 33.46 |
10.67 | 1.76 | 35.93 | 11.21 | 102.32 | 34.37 |
11.05 | 1.91 | 38.19 | 12.09 | 104.86 | 34.99 |
11.43 | 2.03 | 40.48 | 12.87 | 107.40 | 35.74 |
11.83 | 2.15 | 42.79 | 13.78 | 109.95 | 36.35 |
12.23 | 2.29 | 45.13 | 14.65 | 112.50 | 36.88 |
12.63 | 2.47 | 47.49 | 15.52 | 115.06 | 37.58 |
13.04 | 2.60 | 49.86 | 16.44 | 117.61 | 38.24 |
13.45 | 2.73 | 53.00 | 17.68 | 120.17 | 38.97 |
122.73 | 39.39 | 203.00 | 72.22 | 301.23 | 80.92 |
125.30 | 40.15 | 205.61 | 72.29 | 305.32 | 81.41 |
127.88 | 40.76 | 208.23 | 72.39 | 309.89 | 82.14 |
130.45 | 41.44 | 210.87 | 72.62 | 314.42 | 82.74 |
133.02 | 42.23 | 213.50 | 72.76 | 318.25 | 83.01 |
135.60 | 42.97 | 216.12 | 72.84 | Серия 4 | |
138.18 | 43.50 | 218.75 | 72.98 | 172.57 | 52.10 |
140.76 | 44.10 | 221.38 | 73.23 | 175.15 | 52.72 |
143.35 | 44.87 | 224.01 | 73.44 | 178.11 | 53.66 |
145.93 | 45.58 | 226.93 | 73.46 | 180.78 | 54.41 |
148.52 | 46.25 | 229.34 | 73.60 | 183.31 | 55.32 |
151.11 | 46.84 | 231.92 | 73.72 | 185.92 | 56.56 |
153.69 | 47.58 | 234.52 | 74.12 | 188.59 | 58.23 |
156.29 | 48.13 | 237.16 | 74.26 | 191.13 | 60.91 |
158.88 | 48.84 | 240.54 | 74.48 | 193.72 | 66.29 |
161.47 | 49.58 | 244.08 | 75.05 | 196.16 | 70.91 |
164.07 | 50.14 | 247.63 | 75.43 | 198.93 | 71.88 |
166.66 | 50.68 | 251.19 | 75.76 | 201.44 | 72.03 |
169.29 | 51.43 | 254.75 | 76.18 | 204.11 | 72.26 |
171.89 | 51.92 | 258.31 | 76.56 | 206.76 | 72.29 |
174.48 | 52.72 | 261.88 | 77.00 | 209.34 | 72.39 |
177.08 | 53.39 | 265.46 | 77.48 | Серия 5 | |
179.68 | 54.11 | 269.04 | 77.77 | 300.5 | 80.9 |
182.28 | 55.06 | 272.62 | 78.10 | 303.5 | 81.1 |
184.89 | 56.03 | 276.20 | 78.46 | 306.5 | 81.3 |
187.49 | 57.56 | 279.79 | 78.66 | 309.5 | 81.5 |
190.08 | 59.77 | 283.38 | 78.93 | 312.5 | 81.7 |
192.67 | 63.94 | 286.96 | 79.28 | 315.5 | 82.0 |
195.23 | 70.07 | 290.53 | 79.68 | 318.5 | 82.2 |
197.80 | 71.54 | 294.16 | 80.20 | 321.5 | 82.3 |
200.40 | 72.03 | 297.70 | 80.52 | 324.5 | 82.5 |
327.5 | 82.7 | 420.5 | 86.7 | 510.5 | 95.0 |
330.5 | 83.0 | 423.5 | 86.8 | 513.5 | 95.1 |
333.5 | 83.1 | 426.5 | 86.9 | 516.5 | 95.2 |
336.5 | 83.3 | 429.5 | 87.1 | 519.5 | 95.4 |
339.5 | 83.5 | 432.5 | 87.2 | 522.5 | 95.5 |
342.5 | 83.7 | 435.5 | 87.3 | 525.5 | 95.7 |
345.5 | 83.9 | 438.5 | 87.4 | 528.5 | 95.8 |
348.5 | 84.1 | 441.5 | 87.8 | 531.5 | 95.9 |
351.5 | 84.3 | 444.5 | 88.2 | 534.5 | 96.1 |
354.5 | 84.5 | 447.5 | 89.0 | 537.5 | 96.1 |
357.5 | 84.7 | 449.5 | 89.6 | 540.5 | 96.2 |
360.5 | 84.9 | 452.5 | 90.5 | 543.5 | 96.3 |
363.5 | 85.0 | 453.5 | 91.0 | 546.5 | 96.4 |
366.5 | 85.1 | 456.5 | 91.5 | 549.5 | 96.5 |
369.5 | 85.3 | 459.5 | 91.7 | 552.5 | 96.6 |
372.5 | 85.4 | 462.5 | 91.9 | 555.5 | 96.6 |
375.5 | 85.6 | 465.5 | 92.1 | 558.5 | 96.7 |
378.5 | 85.7 | 468.5 | 92.2 | 561.5 | 96.8 |
381.5 | 85.9 | 471.5 | 92.4 | 564.5 | 96.9 |
384.5 | 86.1 | 474.5 | 92.6 | 567.5 | 97.0 |
387.5 | 86.2 | 477.5 | 92.9 | 570.5 | 97.1 |
390.5 | 86.3 | 480.5 | 93.1 | 573.5 | 97.2 |
393.5 | 86.4 | 483.5 | 93.3 | 576.5 | 97.3 |
396.5 | 86.4 | 486.5 | 93.5 | 579.5 | 97.3 |
399.5 | 86.5 | 489.5 | 93.8 | 582.5 | 97.4 |
402.5 | 86.5 | 492.5 | 94.0 | 585.5 | 97.5 |
405.5 | 86.5 | 495.5 | 94.2 | 588.5 | 97.6 |
408.5 | 86.4 | 498.5 | 94.4 | 591.5 | 97.8 |
411.5 | 86.5 | 501.5 | 94.5 | 594.5 | 97.9 |
414.5 | 86.6 | 504.5 | 94.6 | 597.5 | 98.0 |
417.5 | 86.6 | 507.5 | 94.8 | 600.5 | 98.2 |
Стандартные термодинамические характеристики расстеклования и стеклообразного состояния. Термодинамические характеристиками расстеклования и стеклообразного состояния дендримера приведены в табл. 2, к ним относится температурный интервал расстеклования ΔT, температура расстеклования Tgo, увеличение теплоемкости при расстекловании DCpo(Tgo), конфигурационная энтропия Soconf. Температуру расстеклования Tgo определяли по перегибу графика температурной зависимости энтропии нагревания [28]. Интервал расстеклования ΔT и увеличение теплоемкости при расстекловании DCpo(Tgo) определяли графически. Конфигурационную энтропию Soconf рассчитывали по уравнению (1), предложенному в работе [29]:
(1)
где TK – температура Кауцманна [30], соотношение (Tgo/TK) = 1.29 [30, 31]. При вычислении Soconf полагали, что приведенное соотношение справедливо для исследуемого соединения. В табл. 2 также приведены литературные данные о термодинамических характеристиках расстеклования для изученных ранее дендримеров шестой генерации с различными концевыми функциональными группами [32–36]. Анализ полученных данных подтверждает, что изменение химической природы молекулярного скелета и внешнего слоя дендримеров позволяет регулировать их температуру расстеклования, которая определяет эксплуатационные свойства полимерных материалов.
Таблица 2. Стандартные термодинамические характеристики стеклования и стеклообразного состояния изученных дендримеров шестой генерации
Дендример | ΔT, K | Tg° ± 1, K | ∆Cp°(Tg°), Дж/(K моль) | Sconf, Дж/(K моль) | Ссылка |
G6[OSi(СH3)3]256 | 179–200 | 194 | 13176 | 3355 | Настоящая работа |
G6[CH2CH=CH2]256 | 155–190 | 180 | 14250 | 3630 | [32] |
G6[CH2CH2CH2CH3]256 | 175–195 | 186 | 17260 | 4395 | [33] |
G6[(Si(CH3)2O)3Si(CH3) O]256 | 185–230 | 208 | 139 | 36 | [34] |
G6[CH2CH2C6H5]256 | 178–219 | 201 | 129 | 33 | [35] |
G6[(OCH2CH2)3OCH3]256 | 164–201 | 182 | 332 | 85 | [17] |
G6[(OCH2CH2)1OCH3]256 | 156–190 | 174 | 221 | 56 | [17] |
Высокотемпературный релаксационный переход. Для изученного карбоксиланового дендримера G6[OSi(СH3)3]256 методом ДСК в области 380–450 K был обнаружен высокотемпературный релаксационный переход (рис. 3, участок DE). Аналогичный переход наблюдался ранее при систематических исследованиях карбосилановых дендримеров шестой и более высоких генераций с разными концевыми группами [32–35]. Существование этого перехода было также подтверждено при их изучении другими физико-химическими и физико-механическими методами. В частности, были экспериментально исследованы вязкоупругие свойства карбосилановых дендримеров с различными концевыми группами в широком интервале температур, в результате чего было установлено влияние замены концевых групп на возникновение этого перехода [36, 37].
Температурные интервалы выявленного перехода для разных гомологических рядов дендримеров приведены в табл. 3. Необходимо отметить, что возникновение этого эффекта зависит от молекулярной подвижности концевых групп дендримеров. Так у дендримеров с концевыми фрагментами, включающими силоксановые группы этот интервал проявляется при более низких температурах. Установлено, что высокотемпературный релаксационный переход связан с плотностью молекулярной структуры дендримеров [36, 38, 39]. Исходя из этого, было высказано предположение, что обратимое гелеобразование дендримеров более высоких генераций (как правило, выше G5) объясняется образованием физической сети, аналогичной сети зацеплений в классических системах. В этом случае механизм образования зацеплений отличается от классических полимеров и связан с определенным взаимопроникновением ветвей дендримеров друг в друга. Наблюдаемый процесс (“наноразмерный эффект”) становится более выраженным при переходе от низшей генерации дендримеров к более высокой генерации и сопровождается увеличением плотности поверхностного слоя. Данные табл. 3 показывают, что релаксационный переход смещается в область более высоких температур из-за увеличения размера алкильных заместителей при атомах кремния во внешнем слое. Систематические исследования механизма выявленного процесса для дендримеров высших генераций подробно описаны в [38, 39]. Таким образом, синтез новых дендримеров высших генераций с различными последовательными изменениями структуры внешнего слоя является ключевым фактором для разработки адекватных моделей, описывающих их межмолекулярные взаимодействия.
Таблица 3. Интервалы высокотемпературного перехода изученных дендримеров шестой генерации
Дендример | ΔT, K | Ссылка |
G6[OSi(СH3)3]256 | 380–450 | Настоящая работа |
G6[CH2CH2CH2CH3]256 | 370–470 | [33] |
G6[(Si(CH3)2O)3Si(CH3) O]256 | 350–450 | [34] |
G6[CH2CH2C6H5]256 | 410–510 | [35] |
G6[(OCH2CH2)3OCH3]256 | 400–490 | [36] |
G6[(OCH2CH2)1OCH3]256 | 428–496 | [36] |
Стандартные термодинамические функции. Кривую зависимости Cpo = f(T) сглаживали с помощью логарифмических полиномов, а затем экстраполировали от температуры начала измерений до T → 0 по функции теплоемкости Дебая [40]:
(2)
где D – функция Дебая, n = 205 и ΘD = 33.41 K – специально подобранные параметры. Уравнение (2) с указанными параметрами описывает экспериментальные значения Cpo дендримера в интервале T = (6–8) K с погрешностью ±2.0%.
По полученным значениям теплоемкости были рассчитаны стандартные термодинамические функции изученного карбосиланового дендримера G6[OSi(СH3)3]256 (табл. 4). При расчете функций принимали, что уравнение (2) воспроизводит значения Cpo при T ≤ 6 K с погрешностью ±1.3%. Расчет энтальпии [H°(T)–H°(0)] и энтропии [S°(T)–S°(0)] проводили численным интегрированием зависимостей Cpo = f(T) и Cpo = f(ln T), соответственно. Расчет энергии Гиббса [G°(T)–H°(0)] осуществляли по уравнению Гиббса–Гельмгольца:
(3)
Таблица 4. Стандартные термодинамические функции карбосиланового дендримера шестой генерации с концевыми триметилсилилсилоксановыми группами G6[OSi(СH3)3]256 M(C1776H4572Si509О256) = 44331.12 г/моль, p° = 0.1 МПа
Т, K | ∆Cp°(T), кДж/ (K∙моль) | [H°(T)–H°(0)], кДж/моль | [S°(T)–S°(0)], кДж/ (K∙моль) | –[G°(T)–H°(0)], кДж/моль |
Стеклообразное состояние | ||||
5 | 0.361 | 0.000505 | 0.137 | 0.000179 |
10 | 1.54 | 0.00474 | 0.679 | 0.00205 |
15 | 3.27 | 0.0167 | 1.63 | 0.00767 |
20 | 5.214 | 0.03801 | 2.838 | 0.01876 |
25 | 7.080 | 0.06875 | 4.202 | 0.03631 |
30 | 8.966 | 0.1088 | 5.659 | 0.06093 |
35 | 10.87 | 0.1584 | 7.185 | 0.09302 |
40 | 12.74 | 0.2175 | 8.759 | 0.1329 |
45 | 14.58 | 0.2858 | 10.37 | 0.1807 |
50 | 16.48 | 0.3634 | 12.00 | 0.2366 |
60 | 20.32 | 0.5488 | 15.37 | 0.3733 |
70 | 23.84 | 0.7690 | 18.76 | 0.5439 |
80 | 27.45 | 1.026 | 22.18 | 0.7486 |
90 | 30.69 | 1.317 | 25.60 | 0.9875 |
100 | 33.59 | 1.638 | 28.99 | 1.260 |
110 | 36.36 | 1.989 | 32.33 | 1.567 |
120 | 38.80 | 2.365 | 35.59 | 1.907 |
130 | 41.36 | 2.765 | 38.80 | 2.279 |
140 | 44.01 | 3.192 | 41.96 | 2.683 |
150 | 46.61 | 3.645 | 45.09 | 3.118 |
160 | 49.11 | 4.124 | 48.18 | 3.584 |
170 | 51.56 | 4.627 | 51.23 | 4.081 |
180 | 54.03 | 5.155 | 54.24 | 4.609 |
190 | 56.48 | 5.708 | 57.23 | 5.166 |
194 | 57.46 | 5.936 | 58.42 | 5.397 |
Расстеклованное состояние | ||||
194 | 70.64 | 5.936 | 58.42 | 5.397 |
200 | 71.18 | 6.363 | 60.59 | 5.754 |
210 | 72.45 | 7.083 | 64.10 | 6.378 |
220 | 73.15 | 7.811 | 67.49 | 7.036 |
230 | 73.76 | 8.546 | 70.75 | 7.727 |
240 | 74.49 | 9.287 | 73.91 | 8.451 |
250 | 75.54 | 10.04 | 76.97 | 9.205 |
260 | 76.79 | 10.80 | 79.95 | 9.990 |
Т, K | ∆Cp°(T), кДж/ (K∙моль) | [H°(T)–H°(0)], кДж/моль | [S°(T)–S°(0)], кДж/ (K∙моль) | –[G°(T)–H°(0)], кДж/моль |
270 | 77.94 | 11.57 | 82.87 | 10.80 |
280 | 78.81 | 12.36 | 85.73 | 11.65 |
290 | 79.55 | 13.15 | 88.50 | 12.52 |
298.15 | 80.42 | 13.80 | 90.72 | 13.25 |
300 | 80.68 | 13.95 | 91.22 | 13.42 |
310 | 82.31 | 14.76 | 93.89 | 14.34 |
320 | 82.63 | 15.59 | 96.52 | 15.29 |
330 | 82.89 | 16.42 | 99.06 | 16.27 |
340 | 83.54 | 17.25 | 101.5 | 17.28 |
350 | 84.21 | 18.09 | 104.0 | 18.30 |
360 | 84.8 | 18.9 | 106 | 19.4 |
370 | 85.4 | 19.8 | 109 | 20.4 |
380 | 85.8 | 20.6 | 111 | 21.5 |
390 | 86.2 | 21.5 | 113 | 22.6 |
400 | 86.4 | 22.4 | 115 | 23.8 |
410 | 86.6 | 23.2 | 118 | 25.0 |
420 | 86.8 | 24.1 | 120 | 26.1 |
430 | 87.1 | 25.0 | 122 | 27.3 |
440 | 87.6 | 25.8 | 124 | 28.6 |
450 | 89.8 | 26.7 | 126 | 29.8 |
460 | 91.7 | 27.6 | 128 | 31.1 |
470 | 92.4 | 28.6 | 130 | 32.4 |
480 | 93.1 | 29.5 | 132 | 33.7 |
490 | 93.8 | 30.4 | 134 | 35.0 |
500 | 94.4 | 31.4 | 135 | 36.4 |
510 | 95.0 | 32.3 | 137 | 37.7 |
520 | 95.4 | 33.3 | 139 | 39.1 |
530 | 95.9 | 34.2 | 141 | 40.5 |
540 | 96.2 | 35.2 | 143 | 41.9 |
550 | 96.5 | 36.1 | 145 | 43.4 |
560 | 96.8 | 37.1 | 146 | 44.8 |
570 | 97.0 | 38.1 | 148 | 46.3 |
580 | 97.3 | 39.0 | 150 | 47.8 |
590 | 97.7 | 40.0 | 151 | 49.3 |
600 | 98.1 | 41.0 | 153 | 50.8 |
Подробная методика расчета стандартных термодинамических функций опубликована в работе [41].
По значениям [S°(T)–S°(0)] изученного дендримера при T = 298.15 K (табл. 4), его остаточной энтропии S°(0) и абсолютных энтропий простых веществ (С(гр.), Si(кр.), Н2(г), O2(г) [42, 43]) была вычислена стандартная энтропия образования ΔfS° дендримера G6[OSi(СH3)3]256 в аморфном (расстеклованном) состоянии при той же температуре: ΔfS°(С1776Н4572O256Si509, 298.15) = –(250438 ± 298) Дж/(K моль), что соответствует уравнению реакции:
(4)
где (гр.) – графит, (г) – газ, (кр.) – кристалл, (р) – расстеклованное состояние.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Госзадание FSWR-2023-0025) и стипендии Президента Российской Федерации для молодых ученых и аспирантов (СП-1369.2022.4). Синтез мономера осуществлен при финансовой поддержке Правительства Тульской области (Постановление № 899 от 30 декабря 2021 г.); синтез дендримера – Российского научного фонда (Проект № 22-13-00459).
Об авторах
Н. Н. Смирнова
Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Email: markin@chem.unn.ru
Россия, Нижний Новгород
С. С. Сологубов
Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Email: markin@chem.unn.ru
Россия, Нижний Новгород
А. В. Маркин
Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Автор, ответственный за переписку.
Email: markin@chem.unn.ru
Россия, Нижний Новгород
С. А. Миленин
Институт синтетических полимерных материалов им. Н. С. Ениколопова Российской академии наук; Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого; Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Email: markin@chem.unn.ru
Россия, Москва; Тула; Москва
Е. А. Татаринова
Институт синтетических полимерных материалов им. Н. С. Ениколопова Российской академии наук
Email: markin@chem.unn.ru
Россия, Москва
А. М. Музафаров
Институт синтетических полимерных материалов им. Н. С. Ениколопова Российской академии наук; Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова Российской академии наук
Email: markin@chem.unn.ru
Россия, Москва; Москва
Список литературы
- Hyperbranched Polymers: Synthesis, Properties, and Applications / Ed. by D. Yan, C. Gao, H. Frey. John Wiley & Sons, Inc.: Hoboken, New Jersey, USA, 2011. 481 p.
- Katarzhnova E. Yu., Ignat’eva G.M., Tatarinova E.A. // INEOS OPEN. 2022. V. 5. P. 113.
- Ardabevskaia S.N., Chamkina E.S., Krasnova I. Yu. et al. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. Article 15461.
- Tomalia D.A. // Prog. Polym. Sci. 2005. V. 30. P. 294.
- Newkome G.R., Shreiner C.D. // Polymer. 2008. V. 49. P. 1.
- Muzafarov A.M., Rebrov E.A. // J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2008. V. 46. P. 4935.
- Astruc D., Boisselier E., Ornelas C. // Chem. Rev. 2010. V. 110. P. 1857.
- Mintzer M.A., Grinstaff M.W. // Chem. Soc. Rev. 2011. V. 40. P. 173.
- Yang J., Zhang Q., Chang H. et al. // Chem. Rev. 2015. V. 115. P. 5274.
- Liko F., Hindré F., Fernandez-Megia E. // Biomacromolecules. 2016. V. 17. P. 3103.
- Majoral J.-P., Caminade A.-M. // Chem. Rev. 1999. V. 99. P. 845.
- Ребров Е.А, Музафаров А.М, Папков В.С. и др. // Докл. АН СССР. 1989. Т. 309. № 2. С. 376.
- Музафаров A.M., Ребров E.A., Папков В.С. // Успехи химии. 1991. Т. 60. № 7. С. 1596.
- Лебедев Б.В., Рябков М.В., Татаринова Е.А. и др. // Изв. АН. Сер. хим. 2003. № 3. С. 523.
- Смирнова Н.Н., Степанова О.В., Быкова Т.А. и др. // Там же. 2007. № 10. С. 1924.
- Markin A.V., Sologubov S.S., Smirnova N.N. et al. // Thermochim. Acta. 2015. V. 617. P. 144.
- Sologubov S.S., Markin A.V., Smirnova N.N. et al. // J. Phys. Chem. B. 2015. V. 119. P. 14527.
- Sologubov S.S., Markin A.V, Smirnova N.N. et al. // J. Therm. Anal. Calorim. 2016. V. 125. P. 595.
- Сологубов С.С., Маркин А.В., Смирнова Н.Н. и др. // Журн. физ. химии. 2018. Т. 92. № 2. С. 219.
- Смирнова Н.Н., Маркин А.В., Сологубов С.С. и др. // Там же. 2022. Т. 96. № 8. С. 1118.
- Milenin S.A., Selezneva E.V., Tikhonov P.A. et al. // Polymers. 2021. V. 13. Article 606.
- Prohaska T., Irrgeher J., Benefield J. et al. // Pure Appl. Chem. 2022. V. 94. P. 573.
- Varushchenko R.M., Druzhinina A.I., Sorkin E.L. // J. Chem. Thermodyn. 1997. V. 29. P. 623.
- Малышев В.М., Мильнер Г.А., Соркин Е.Л. и др. // Приб. техн. экспер. 1985. № 6. С. 195.
- Sabbah R., Xu-wu A., Chickos J.S. et al. // Thermochim. Acta. 1999. V. 331. P. 93.
- Höhne G.W.H., Hemminger W.F., Flammersheim H.-J. Differential Scanning Calorimetry. Springer-Verlag Berlin Heidelberg: Berlin, Germany, 2003. 310 p.
- Drebushchak V.A. // J. Therm. Anal. Calorim. 2005. V. 79. P. 213.
- Alford S., Dole M. // J. Am. Chem. Soc. 1955. V. 77. P. 4774.
- Adam G., Gibbs J.H. // J. Chem. Phys. 1965. V. 43. P. 139.
- Kauzmann W. // Chem. Rev. 1948. V. 43. P. 219.
- Bestul A.B., Chang S.S. // J. Chem. Phys. 1964. V. 40. P. 3731.
- Смирнова Н.Н. Лебедев Б.В., Храмова Н.М. и др. // Журн. физ. химии. 2004. Т. 78. № 8. С. 1369.
- Smirnova N.N., Stepanova O.V., Bykova T.A. et al. // Thermochim. Acta. 2006. V. 440. P. 188.
- Смирнова Н.Н., Маркин А.В., Самосудова Я.С. и др. // Журн. физ. химии. 2013. Т. 87. № 4. С. 570.
- Sologubov S.S., Sarmini Yu.A., Samosudova Ya.S. et al. // J. Chem. Thermodyn. 2019. V. 131. P. 572.
- Миронова М.В., Семаков А.В., Терещенко А.С. и др. // Высокомолекуляр. соединения. 2010. Т. 52. № 11. С. 1960.
- Tande B.M., Wagner N.J., Kim Y.H. // Macromolecules. 2003. V. 36. P. 4619.
- Терещенко А.С., Тупицына Г.С., Татаринова Е.А. и др. // Высокомолекуляр. соединения. Сер. Б. 2010. Т. 52. № 1. С. 132.
- Музафаров А.М., Василенко Н.Г., Татаринова Е.А. и др. // Высокомолекуляр. соединения. Сер. С. 2011. Т. 53. № 7. С. 1217.
- Debye P. // Ann. Phys. 1912. V. 39. P. 789.
- Lebedev B.V. // Thermochim. Acta. 1997. V. 297. P. 143.
- Cox J.D., Wagman D.D., Medvedev V.A. CODATA Key Values for Thermodynamics. New York: Hemisphere Publishing Corp., 1989. 272 p.
- Chase M.W. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1998. V. 1–2. P. 1951.
Дополнительные файлы
