Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Химия -> Лисичкин Г.В. -> "Химия привитых поверхностных соединений " -> 18

Химия привитых поверхностных соединений - Лисичкин Г.В.

Лисичкин Г.В., Фадеев А.Ю. Сердан А.А., Нестеренко П.Н. Химия привитых поверхностных соединений — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — 592 c.
ISBN 5-9221-0342-3
Скачать (прямая ссылка): himiyprivitihpoverhnostnihsoedineniy2003.djvu
Предыдущая << 1 .. 12 13 14 15 16 17 < 18 > 19 20 21 22 23 24 .. 300 >> Следующая

Для химии поверхности и материаловедения важными примерами фракталов являются частицы некоторых порошков, поверхности пористых носителей, дендриты. Кристаллизация, коагуляция, коррозия, травление и химическое модифицирование поверхности часто протекают с образованием фрактальных структур. Фрактальность поверхности также оставляет заметный отпечаток на физических процессах, протекающих на носителях. Так, фракталы по сравнению с планарными носителями иначе адсорбируют и смачиваются, иначе растворяются и проводят электричество, по фракталам иначе происходит диффузия вещества.
Для подробного ознакомления с методами исследования фракталов и их роли в химии поверхности, коллоидной химии и химии высокомолекулярных соединений см. [10].
В данном разделе будут кратко рассмотрены простейшие свойства фракталов, а также некоторые приложения фрактальной геометрии, важные для химии поверхности и химического модифицирования.
Чему равна величина поверхности твердых тел, изображенных на рис. 2.2? Правильный ответ — удельная поверхность зависит от размера молекул адсорбата (при измерении адсорбционными методами) или длины волны излучения (при измерении методами микроскопии и рассеивания). Данный результат надежно установлен экспериментально и достаточно тривиален: чем меньше
2 Г.В. Лисичкин и др.
в
Рис. 2.2. Примеры нерегулярных объектов, обладающих свойствами фракталов: шероховатая поверхность (о); поровое пространство (б); дендрит (в)
34
Химия поверхности носителей
[Гл. 2
размер адсорбируемой молекулы (или длины волны излучения), тем, как правило, больше величина доступной поверхности. Нетривиально, однако, что для ряда объектов, обладающих свойствами фракталов, данная зависимость свойств от размера «щупа» может быть выражена математически (2.2), (2.3). По существу, фракталы являются удобными моделями для описания неупорядоченных объектов. В отличие от существовавших ранее подходов, основанных на усреднении, метод фрактальной геометрии учитывает самоаффинную структуру и позволяет количественно описывать сложные, неоднородные объекты и протекающие в них процессы.
Фундаментальным параметром, характеризующим фрактальные структуры, является фрактальная размерность. Она показывает степень заполненности пространства данным объектом. Чтобы произвести такую оценку, объект следует (хотя бы мысленно) разбить на элементы, общее число которых N будет тем больше, чем меньше размер каждого элемента I. В общем случае справедливо уравнение
N ~ Г°, (2.2)
в котором показатель степени D является размерностью объекта.
В отличие от обычных геометрических фигур и тел — точки, линии, квадрата, куба, имеющих целочисленную размерность (0, 1, 2 и 3 соответственно), фрактальные структуры имеют дробную размерность. В качестве примера
Рис. 2.3. Алгоритм построения двухмерного фрактала — снежинки Коха; D ~ 1,26
рассмотрим несколько простейших структур, обладающих дробной размерностью. На рис. 2.3 показан алгоритм построения снежинки Коха. Для получения данной структуры каждая сторона равностороннего треугольника разделяется на три равные части, и для каждой стороны центральный участок заменяется двумя ему равными. На следующей итерации все повторяется применительно к каждому прямому участку ломаной линии. При повторении данной операции бесконечное число раз возникает снежинка Коха. Примером фрактала в трехмерном пространстве является губка Менге (рис. 2.4). Данная структура получается при повторении операции разбиения граней куба на девять равных частей с последующей «выемкой» центральных частей. Как нетрудно показать, объем губки Менге конечен, а удельная поверхность стремится к бесконечности при увеличении числа итераций. Фрактальная размерность данного объекта D ~ 2,73, т.е. он занимает промежуточное положение между поверхностью и объемом.
Рис. 2.4. Губка фрактал с D >
Менге, ? 2,73
Ml
Фракталы в химии поверхности
35
К настоящему времени в литературе исследовано большое число различных пористых носителей на предмет наличия фрактальных свойств, а также влияния фрактальности поверхности на адсорбцию, химическое модифицирование, поверхностную диффузию, катализ и др. В подавляющем большинстве работ авторы склоняются к выводу, что значительное число пористых минеральных и полимерных носителей проявляют свойства фракталов. Данные по фрактальной размерности поверхности для ряда носителей приведены в табл. 2.1. Следует отметить, что фрактальная размерность, как правило, зависит от метода получения носителя, его предыстории и т. п. и может меняться в широком диапазоне значений.
Таблица 2.1
Фрактальные размерности для некоторых поверхностей [10—12]
Носитель Фрактальная размерность поверхности D Метод определения
Графитированная сажа Активированный уголь (в зависимости от обработки) Оксид алюминия Монтмориллонит Фожазит Золото (частицы) Ядерные фильтры Целлюлоза Желатин Лизоцим 2,0-2,1 2-3 2,98 ±0,03 2.1-2,3 2,02 ±0,05 2,1 2,24 ±0,02 2,06 ± 0,04 3 2.2-2,5 Адсорбция Адсорбция, порометрия, рентгеновское рассеяние Адсорбция То же _ (С _ Микроскопия Адсорбция То же Рентгеновское рассеяние Микроскопия
Предыдущая << 1 .. 12 13 14 15 16 17 < 18 > 19 20 21 22 23 24 .. 300 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed