Химия привитых поверхностных соединений - Лисичкин Г.В.
ISBN 5-9221-0342-3
Скачать (прямая ссылка):
При построении графика зависимости величины P/[Va(P8 — Р)] (ось абсцисс) от относительного давления Р/Ра (ось ординат) получается прямая линия, наклон которой равен (с — 1 )/К,с, а отсекаемый на оси ординат отрезок равен 1/Vuc. Если из известных данных рассчитать величину 5М, то удельную поверхность можно
32
Химия поверхности носителей
определить по уравнению
5бэт — VuwuNp, ? 10-18
где 5вэт — удельная поверхность по методу БЭТ, м2/г, гим — адсорбционная площадка, занимаемая молекулой на поверхности (для азота 0,162 нм2), N& — число Авогадро (6,02 • 1023).
При определении удельной поверхности для кремнеземов метод БЭТ дает сходящиеся (с погрешностью не более 5 %) результаты независимо от степени дегид-ратированности поверхности.
В большинстве случаев неорганические оксиды представляют собой пористые системы, пронизанные каналами между открытыми, связанными с внешней поверхностью порами. Основными структурными характеристиками любых пористых тел являются эффективный диаметр (радиус) пор dn(rn), удельная поверхность 5УД и удельный объем пор (на единицу массы). В одном и том же образце поры могут различаться как по своим размерам, так и по форме. Особое внимание следует уделить диаметру пор, так как от него зависят и удельная поверхность, и удельный объем пор. Если принять пору за цилиндр, то по классификации, предложенной Дубининым [5] и принятой ИЮПАК (ГОРАС) в качестве официальной, поры диаметром менее 2 нм относятся к микропорам, от 2 до 50 нм — к мезопорам (т.е. промежуточным) и более 50 нм — к макропорам. Наиболее распространенным методом определения структурных характеристик пористых тел является метод низкотемпературной адсорбции.
В зависимости от размеров пор на них должны наблюдаться различные формы изотерм адсорбции газов [6]. Так как в микропорах расстояние между стенками наименьшее, то потенциал взаимодействия адсорбированных молекул с поверхностью будет в таких порах наибольшим, что сказывается на количестве адсорбированного вещества при одинаковом относительном давлении в газовой фазе. В мезопорах происходит капиллярная конденсация, поэтому на изотермах адсорбции наблюдается характерная петля гистерезиса между адсорбционной и десорбционной ветвями.
По классификации ИЮПАК петли гистерезиса делятся на 4 типа: HI, Н2, НЗ и Н4. В петлях типа Н1 ветви адсорбции и десорбции почти вертикальны и практически параллельны друг другу, что характерно для ансамблей жестко связанных друг с другом глобул, однородно упакованных и одинаковых по размеру; в петлях типа Н4 они почти горизонтальны и тоже почти параллельны в широком интервале измеряемых относительных давлений, что указывает на щелевидность пор или наличие микропористости. В петлях типа Н2, наблюдаемом для некоторых силикагелей, так называемых корпускулярных систем, ветвь десорбции имеет довольно большой горизонтальный участок, и в типе НЗ, характерном для адсорбентов, состоящих из плоскопараллельных частиц, ветви адсорбции и десорбции практически не имеют горизонтальных и вертикальных участков. В макропорах из-за их большой ширины невозможно исследовать изотерму адсорбции, так как она близка к прямой.
Границы пор между различными классами довольно размыты и зависят от формы пор, от природы и размера молекул адсорбата, поскольку для крупных молекул некоторые микропоры просто не будут доступны. Микропоры, в свою очередь, делятся на ультрамикропоры, в которых потенциал адсорбции значительно выше, чем в более широких порах, и супермикропоры, размер которых промежуточен между ультрамикропорами и мезопорами.
2.4]
Фракталы в химии поверхности
33
В твердых пористых телах обычно существует широкий набор пор по размерам — от самых узких, имеющих размеры меньше молекул адсорбата, до макро-пор. Некоторые методы получения пористых материалов позволяют избавиться от наличия микропор и получить довольно узкое распределение пор по размерам.
2.4. Фракталы в химии поверхности
Существует большое число математических объектов: ковер Серпинского, кривая Коха, губка Менге, аттракторы Лоренца и др., обладающих своеобразной геометрической структурой. Каждый фрагмент такого объекта повторяет всю конструкцию в целом. Данное свойство самоаффинности или самоподобия является ключевым свойством и одновременно одним из определений объектов, называемых фракталами. В природе фракталы описывают многие физические явления и процессы: горы и береговые линии, облака, молнии, снежинки, турбулентные течения, корни, ветви и листья деревьев, кровеносные сосуды, нейроны и др. Само слово фрактал происходит от латинского прилагательного «fractus», и в переводе означает «состоящий из фрагментов», а соответствующий латинский глагол «frangere» означает «разбивать», то есть создавать неправильные фрагменты. Понятия фрактал и фрактальная геометрия были предложены математиком Бенуа Мандельбротом в 1975 г. для обозначения нерегулярных структур, обладающих свойством самоподобия. В более поздних работах Мандельбротом были сделаны фундаментальные обобщения относительно фрактальной природы нашего мира [7-9].
