Химия привитых поверхностных соединений - Лисичкин Г.В.
ISBN 5-9221-0342-3
Скачать (прямая ссылка):
Авторский коллектив выражает искреннюю признательность коллегам: д. х. н. Т. М.Рощиной и Р. В.Копылову, труд которых способствовал написанию этой книги: в разделах 6.3 и 8.2 использованы материалы докторской диссертации Т. М. Рощиной, а в главе 9 — кандидатской диссертации Р. В. Копылова;
к. х. н. И. И. Кулаковой, принявшей деятельное участие в написании разделов 2.7 и 4.2.2, относящихся к химии поверхности углеродных материалов.
Считаем своим долгом поблагодарить соавторов нашей предыдущей книги в области химии поверхности докторов хим. наук Г. В. Эрлиха (Кудрявцева), С. М. Староверова и А. Я. Юффу за плодотворные дискуссии и предоставленную возможность воспользоваться некоторыми материалами и идеями, реали-
Предисловие
9
зованными в нашей совместной монографии «Модифицированные кремнеземы в сорбции, катализе и хроматографии» — М.: Химия, 1986. 248 с.
Благодарим также председателя Секции «Химия поверхности и синтез низкоразмерных систем» Научного совета РАН по неорганической химии проф. А. А. Малыгина за включение этого издания в план деятельности Секции, за просмотр и конструктивную критику отдельных разделов рукописи, за внимание и постоянную поддержку.
Профессор Г. В. Лисичкин Химический факультет МГУ, август 2002 г.
Глава 1
ХИМИЯ ПРИВИТЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ КАК ЧАСТЬ НАУКИ О ПОВЕРХНОСТИ
Поверхность остается пока одним из самых загадочных объектов живой и неживой природы. Неудивительно поэтому, что наряду с молекулярной биологией наука о поверхности в настоящее время является весьма энергично развивающейся областью естествознания.
Поверхность представляет собой междисциплинарный объект, изучение которого имеет собственную специфику в каждой из естественных наук. Отсюда вытекает деление науки о поверхности на такие области, как физика, химия, биология и механика поверхности. В каждой из этих частных областей можно выделить приоритетные направления. К таким направлениям, на наш взгляд, относятся: в области биологии — мембранология, поверхность живой клетки, биоаффинные взаимодействия, молекулярное распознавание; в области физики — аппаратурные методы исследования поверхности (РФЭ-, Оже-, ЯМР-спектроскопия, атомно-силовая и сканирующая туннельная микроскопия, зондовые методы), нанотехнология и наноэлектроника, физика поверхности полупроводников и пленочных материалов; в области вычислительной математики и информатики — математическое моделирование поверхности; в геологии — течение флюидов в порах породы; в химии — избирательная сорбция, катализ, коррозия и, наконец, химическое модифицирование поверхностей. Этому последнему направлению и посвящена настоящая книга.
Поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми телами и жидкостями - сорбция — издавна привлекала внимание практиков и исследователей. Процессы адсорбции — концентрирования вещества из объема фаз на поверхности раздела между ними, и хемосорбции — сорбции, сопровождающейся образованием химических связей, широко применяются для очистки газов и жидкостей, в хроматографии, в физико-химических исследованиях. Со времени открытия явления сорбции изучаются ее закономерности, термодинамические и кинетические характеристики, зависимость величины сорбции от различных факторов, стехиометрия образующихся при хемосорбции соединений.
Понятно, что при сорбции происходит в той или иной степени изменение свойств сорбента и сорбата. Система «вещество на носителе» зачастую представляет собой новый материал с рядом свойств, которыми не обладали ни носитель, ни сорбированное соединение. В различных областях науки, техники и технологии появились работы, посвященные изучению свойств таких материалов, а сами материалы получают все более широкое распространение. Явление хемосорбции, лежащее в основе получения систем «вещество на носителе», отошло на второй план, в центре внимания оказался сам материал и его свойства. Конечно, и в этом случае исследователей и потребителей интересует, например, прочность связывания нанесенного вещества с поверхностью, но уже в свете дальнейшего использования полученного материала.
Фиксация активного компонента на поверхности носителя может осуществляться за счет физических или химических взаимодействий. Последние предпочтительнее, так как они позволяют добиться существенно большей устойчивости
Ml
Краткий исторический очерк
11
получаемых материалов к различным воздействиям внешней среды и, следовательно, большей стабильности действия поверхностно-модифицированных материалов. При химическом закреплении можно снизить количество наносимого на поверхность активного компонента при сохранении, а иногда даже при улучшении характеристик продукта.
В качестве носителей для закрепления различных соединений используют как органополимерные, так и минеральные подложки. К преимуществам последних относятся химическая стойкость, механическая прочность, ненабухаемость в различных растворителях, термостабильность, радиационная устойчивость, высокая скорость массообмена.
Таким образом, одним из наиболее перспективных путей получения систем «активный компонент на носителе» является химическое закрепление различных соединений на твердых подложках. Действительно, высокоселективные сорбенты, иммобилизованные ферменты, сенсоры, гетерогенные металлокомплексные катализаторы, неподвижные фазы для жидкостной и газовой хроматографии, наполнители полимеров, стабилизаторы эмульсий и многие другие материалы получают путем хемосорбции того или иного активного компонента на подходящем носителе. Химические свойства таких поверхностно-модифицированных материалов (ПММ) определяются природой закрепленного соединения, тогда как физикомеханические — природой носителя.
