Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Такой металл, как алюминий, представляет особый интерес, поскольку его присутствие показывает, что поверхность образца, может быть модифицирована за счет присутствия на ней алю-мосиликатных групп, которые оказывают воздействие на поведение коллоидных частиц. Алюминий на поверхности кремнезема может быть определен экстракцией высушенного кремнезема хлористым водородом с последующим анализом экстракта. Карбонаты и органические вещества оказываются важными в том смысле, что карбонат действует как дополнительный электролит, и может потребоваться коррекция при титровании основания, а органические вещества (обычно получаемые экстракцией низкомолекулярного полимера из ионообменной смолы) могут оказывать воздействие на поведение кремнезема в неко-4*
468
Глава 4
торых областях применения. Анализ на суммарный азот и углерод показывает возможное присутствие органических оснований.
Характеристики частиц иногда измеряются непосредственно, а в других случаях выводятся из таких физических свойств золя, как вязкость, мутность, рассеяние света и скорость седиментации.
Измерение рН
Значение рН золя кремнезема — одна из наиболее важных его характеристик. Поведение золя может сильно меняться при незначительном изменении рН. Например, возрастание рН всего на 0,5 приведет к удвоению скорости процесса гелеобразования при рН 4 или превратит золь в раствор силиката натрия при рН 10,5.
Обычно измерения рН выполняются со стандартными стеклянными, устойчивыми к щелочи электродами. Такие электроды, предназначенные для растворов с высоким содержанием ионов натрия, должны использоваться, когда измерения рН проводятся в присутствии соли при определении удельной поверхности методом титрования.
Болт [140] отмечал, что для получения наибольшей точности при проведении измерений рН, в частности в концентрированных золях, необходимо использовать «измерительный мост для изучения процесса гелеобразования» для того, чтобы преодолеть «эффект концентрирования золя» на электроде сравнения.
Концентрация электролита
Для определения солевой концентрации в золе с достаточной точностью, не прибегая к химическому анализу, следует проводить измерения электропроводности приблизительно при рН 4,5. При таком значении рН заряд на поверхности частиц кремнезема незначителен, и, следовательно, электропроводность обуславливается главным образом присутствием соли. Что касается золя, стабилизированного щелочью, то он титруется обычной стандартной кислотой до рН 4,5, и получаемая в результате этого концентрация соли натрия вычитается из общей концентрации соли, подсчитанной из величины электропроводности. Александер [9] дает эмпирическое уравнение
N = 8(1— 4,3 - 10~5)
где Ь— удельная электропроводность золя, разбавленного до 4 °/о БЮг, при 25°С и N — нормальность соли ЫагЭО^
Коллоидный кремнезем-—концентрированные золи
469
Характеристики частиц Размер частиц
При содержании в золе более 10—15 % кремнезема о порядке размера частиц можно судить визуально по степени помутнения жидкости. Если диаметр частиц меньше чем ~7 нм, то золь оказывается почти таким же прозрачным, как вода. При размерах 10—30 нм наблюдается характерная опалесцен-ция и золь просвечивается на некоторую глубину. Если диаметр частиц превышает ~50 нм, золь представляется белым или молочным по цвету. Наконец, когда размер частиц превышает 100 нм, при стоянии золя в течение нескольких суток или недель просматривается прозрачный верхний слой.
Кун [141] представил обзор методов, пригодных для получения характеристик тонкодисперсных частиц.
Электронная микроскопия. Электронный микроскоп дает возможность прямым методом определять размеры коллоидных частиц (рис. 4.7). При применении усовершенствованных моделей приборов можно различать отдельные частицы вплоть до таких, размеры которых составляют всего лишь 1—2 нм. Однако измерение частиц величиной меньше 5 нм оказывается затруднительным. Александер и Айлер [142] впервые продемонстрировали, что размеры коллоидных частиц кремнезема, измеренные с помощью электронного микроскопа, коррелируют с соответствующими размерами, определенными методом рас-
~*<«* >?Л*
ІШІІ*
Яр
Рис. 4.7. Электронно-микроскопический снимок частиц коллоидного кремнезема диаметром ~20 нм.
470
Глава 4
сеяния света в растворе, а также с размерами частиц, подсчитанными из величины удельной поверхности высушенного порошка кремнезема.
Полностью монодисперсных золей практически не наблюдается, так как диаметры частиц золей обычно различаются по крайней мере на несколько миллимикрон. Принято несколько способов выражения средних размеров частиц. Например, среднечисленный диаметр частиц йп представляет собой просто среднее значение диаметров большого числа частиц. С другой стороны, размер можно выражать диаметром частиц, которые имеют массу, равную средней массе частиц. В этом случае имеем среднемассовый диаметр частиц с1ю. Размер может выражаться также как диаметр частиц, которые имеют поверхность, равную среднему значению поверхностей всех рассматриваемых частиц.
Метод измерения и расчета величин йп и ^ в общих чертах был описан в патентах, опубликованных Балтисом [69] вслед за описанием самого метода, предложенного Уотсоном [143].
