Химия привитых поверхностных соединений - Лисичкин Г.В.
ISBN 5-9221-0342-3
Скачать (прямая ссылка):
4. Выведите уравнение для соотношения объема пор, удельной поверхности и диаметра пор для модели цилиндрических пор одинакового размера.
5. Авторы получили следующие значения площади поверхности кремнезема, измеренной при помощи адсорбатов разного размера методом БЭТ (Таблица). Пользуясь данными таблицы, определите фрактальную размерность поверхности кремнезема.
Таблица
Удельная поверхность образца кремнезема, определенная методом БЭТ
для ряда адсорбатов
Адсорбат Посадочная площадка адсорбата, нм2 Удельная поверхность, м2/г
Азот 0,16 250
Криптон 0,20 210
Бензол 0,41 175
Нафталин 0,75 150
6. Являются ли синонимами понятия «силикагель» и «кремнезем»?
7. Почему именно кремнезем получил наиболее широкое применение как модельный универсальный носитель?
Вопросы и задания к главе 2
67
8. В каких случаях применение оксида алюминия в качестве носителя предпочтительнее, чем кремнезема?
9. Известно, что наиболее плотная кристаллическая модификация кремнезема — стишовит — значительно устойчивее к действию HF, нежели другие кристаллические модификации. Объясните возможные причины этого.
10. Чем, в первую очередь, на ваш взгляд, обусловлена актуальность изучения закономерностей химического модифицирования таких носителей, как оксиды железа, цинка, меди?
Глава 3
МОДИФИКАТОРЫ ПОВЕРХНОСТИ 3.1. Задача выбора модификатора. Якорная группа
Понятно, что выбор модификатора диктуется задачей, которая стоит перед исследователем. В большинстве случаев при синтезе поверхностно-модифицированных материалов стремятся к получению максимально плотных слоев привитых молекул. При этом химические свойства материала определяются химической природой иммобилизованного на поверхности соединения. Однако такой подход используется не всегда; встречаются задачи, когда требуется создать на поверхности носителя разреженный слой привитых молекул. Так, катионит на минеральной основе для ионной ВЭЖХ должен иметь очень ограниченную ионообменную емкость, которая достигается низкой плотностью прививки сульфогрупп. Очевидное, казалось бы, требование максимально прочного закрепления привитых молекул на поверхности также не всегда справедливо. Например, иммобилизованные на поверхности носителя лекарственные препараты должны легко элюироваться в ткани под действием биологических жидкостей или ферментов, поэтому связь между молекулой препарата и поверхностью должна быть достаточно лабильной. Из приведенных примеров ясно, что синтетические задачи химии привитых поверхностных соединений исключительно многообразны. Тем не менее, при выборе модификатора следует руководствоваться определенной логикой.
В общем виде молекула модификатора содержит три фрагмента:
• функциональную группу Ф, которая будет определять свойства полученного поверхностно-модифицированного материала;
• якорную группировку Я, ответственную за химическое закрепление молекулы модификатора на поверхности носителя;
• «ножку» Н, роль которой — связывание функциональной группы и якоря в единую молекулу. В некоторых случаях наличие ножки не является обязательным. Так, для получения гидрофобных покрытий широко используются алкилсиланы AlkSiX3, в молекулах которых якорная группировка присоединена непосредственно к функциональной группе.
Поскольку химические свойства синтезируемого материала определяются, главным образом, природой привитой функциональной группы, то правильный ее выбор и является наиболее ответственным моментом процесса конструирования поверхностно-модифицированного материала.
В публикациях 1980-х гг., когда синтетические методы химии привитых поверхностных соединений развивались наиболее интенсивно, можно встретить утверждение о возможности закрепления на поверхности любой заданной функциональной группы. Действительно, методы синтеза на поверхности весьма многообразны и позволяют сделать многое, но имеется несколько ограничений, которые необходимо учитывать при выборе модификатора.
ЗЛ]
Задача выбора модификатора. Якорная группа
69
Во-первых, функциональная группа Ф не должна реагировать с активными группами поверхности. Во-вторых, якорная группировка Я и функциональная группа Ф должны быть совместимы. Это не могут быть, например, кислота и основание.
Теперь рассмотрим требования к подбору якорной группировки.
1. Валентность элемента-якоря. Ясно, что образующий якорную группировку элемент должен быть не менее, чем двухвалентен, так как в противном случае он не сможет реагировать с поверхностью.
2. Селективность. Реакция между поверхностными группами и модификатором должна протекать однозначно и по возможности быстро.
3. Стабильность. Образующаяся между поверхностью и модификатором система связей должна быть устойчивой в условиях эксплуатации и хранения синтезируемого материала.
4. Доступность. Желательно, чтобы синтез модификатора был не слишком сложным.
5. Токсичность. Понятно, что следует стремиться к использованию нетоксичных модификаторов. Поэтому применение алкильных соединений олова или ртути в качестве модификаторов поверхности, хотя и допустимо, но требует специальной техники безопасности.
