Структура - поверхность - твердое тело
Cтраница 1
Структура поверхности твердого тела имеет разного рода дефекты, связанные с локальными разрывами решетки, дислокациями, химическими примесями. Однако в случае газовой хроматографии - процесса, проходящего довольно быстро, и при очень малых концентрациях дозируемых веществ, молекулы которых, как правило, достаточно велики, особо активные места поверхности обычно остаются или блокированными, или недоступными. [1]
В настоящее время для исследования состава и структуры поверхностей твердых тел применяются разнообразные химические и физические методы. Многие из этих методов более пригодны для исследования макроскопических поверхностей, чем порошков и коллоидов, но среди них имеются и такие, которые еще не были использованы при изучении кремнезема. В этой главе особое внимание будет уделено таким методам, которые еще предстоит опробовать в химии поверхности твердого тела, поскольку применявшиеся ранее методы достаточно подробно рассмотрены в цитируемой литературе. [2]
Однако геометрическая структура многих сложных молекул известна недостаточно, а структура поверхности твердого тела достаточно хорошо известна лишь для немногих адсорбентов с наиболее однородной поверхностью ( см. гл. Обычно поверхность твердого тела является неоднородной и ее структура мало известна. [3]
Следовательно, возможности применения этих методов к исследованию взаимодействия определяются в первую очередь наличием в структуре поверхности твердого тела или адсорбированных ею молекул соответствующих элементов, обусловливающих поглощение энергии, а затем и чувствительностью спектральных характеристик, обусловливающих это поглощение, к исследуемому взаимодействию. Исходя из этого, можно сказать, что эффект Мессбауэра менее универсален, поскольку его применение связано с наличием в адсорбированных молекулах или в твердом теле таких атомов, как олово и железо. Метод ЯМР может применяться более широко, однако и его применение ограничено веществами, содержащими ядра с магнитным моментом. Методы оптической спектроскопии - инфракрасной и ультрафиолетовой в этом отношении универсальны, поскольку они могу т применяться практически ко всем молекулярным системам. [4]
Из изложенного материала видно, что практические достижения катализа значительно опередили наши теоретические представления о сути катализа, о значении структуры поверхности твердого тела и химических превращениях реагентов. За последние годы в этом направлении имеются, однако, значительные достижения, позволяющие определить абрисы учения о катализе и катализаторах. [5]
Из изложенного материала видно, что практические достижения катализа значительно опередили наши теоретические представления о сути катализа, о значении структуры поверхности твердого тела и химических превращениях реагентов. За последние годы в зтом направлении имеются, однако, значительные достижения, позволяющие определить гбрксы учения о катализе и катализаторах. [6]
 |
Фотография микрокристаллов NaCl, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа. ( С разрешения д-ра Р. Ф. Бэйкера. [7] |
Уже вскоре после того, как был разработан метод дифракции электронов, стало ясно, что, как и рентгеновские лучи, электроны относительно высокой энергии ( скажем, 50 кэВ) дают информацию о периодичности в объеме кристалла, тогда как электроны низкой энергии ( около 100 эВ), проникающая способность которых составляет всего несколько атомных диаметров, должны давать информацию о структуре поверхности твердого тела. Первая опубликованная экспериментальная работа ( Дэвиссон и Джермер [105], 1927 г.) была выполнена на пределе чувствительности. [8]
Основные методы приготовления образцов: электро - и хим. полирование; скол и микротомирование ( срез); ионная бомбардировка; вакуумное напыление; метод реплик. Методом реплик изучают структуру поверхности твердых тел ( в частности, аморфных и керамических), состав структурных составляющих различного рода включений и частиц, их форму, размеры и распределение. [9]
В настоящее время макроскопического описания адсорбции становится уже недостаточно. Необходимо иметь подробные сведения о структуре поверхности твердого тела и комплексах адсорбат-адсорбент. Стало практически ясно, что в процессе адсорбции структура поверхности может заметно меняться. [10]
В некоторых докладах, представленных на настоящий Конгресс, например в работах Гарнетта [1], Фельдблюма [2], Калечица [3] и некоторых других, говорится о такого рода глубокой аналогии. Конечно, в случае гетерогенного катализа на химизм влияет и структура поверхности твердого тела, как вследствие явления адсорбции реагирующих веществ, так и в смысле самого комплексооб-разования в условиях коллективного взаимодействия молекул катализатора в твердом теле. [11]
Из этого неполного перечня видно, как важны исследования химии поверхности неорганических и органических твердых тел и их межмолекулярного взаимодействия с компонентами различных сред. Эти исследования требуют объединения методов неорганического и органического синтеза с самыми современными физическими методами изучения структуры поверхности твердого тела и строения молекул. В кратком курсе лекций невозможно осветить все научные и прикладные аспекты химии поверхности твердых тел, ее модифицирования и влияния на межмолекулярные и химические взаимодействия с различными средами. В пособии рассмотрена хими я поверхности адсорбентов, применяемых в газовой и молекулярной жидкостной хроматографии, и, соответственно, адсорбция из газовой фазы и жидких растворов при малых концентрациях, лежащая в основе селективности этих видов хроматографии. Эти проблемы исследованы как на макроскопическом уровне с использованием термодинамических характеристик адсорбции, так и на микроскопическом ( молекулярном) уровне с привлечением молекулярно-статистической теории адсорбции и теории межмолекулярных взаимодействий. [12]
Как для физической адсорбции, так и для хемосорбции можно различать две крайние модели состояния вещества, зависящие от того, будет ли адсорбированное вещество очень ограничено в своих движениях на поверхности или оно будет полностью подвижным. В этой модели число молекул, которые могут быть адсорбированы в полностью завершенном монослое, определяется числом центров на поверхности, и прежде всего структурой поверхности твердого тела. Согласно представлениям о подвижной адсорбции ( или нелокализованной адсорбции), адсорбированное вещество ведет себя как двумерный газ, свободно перемещающийся по поверхности. В этой модели число молекул, которые могут быть адсорбированы в монослое, определяется размерами самих адсорбированных молекул. На практике поведение любых адсорбированных веществ нельзя отнести ни к подвижной, ни к неподвижной адсорбции, оно соответствует какому-то промежуточному случаю. Если энергетические барьеры между адсорбционными центрами очень низки, а энергия теплового движения молекул велика, то будет наблюдаться сильная тенденция перехода к подвижной адсорбции ( ср. [13]
Из этих данных видно, что присоединение кислорода по месту углеродных атомов, расположенных на пиках, сопровождается выделением тепла, по своему количеству близкого к теплу сгорания газообразного углерода в СОа. Это значит, что расположенные на пиках атомы углерода обладают таким избытком свободной энергии, что могут рассматриваться как почти объемно свободные, газообразные. Такая сложность структуры поверхности твердых тел сильно затрудняет определение их удельной поверхности. Казалось бы, что такое определение вполне возможно, если допустить, что, как и в случае жидких поверхностей, адсорбция мономолекулярна. В этом случае достаточно было бы определить предельное значение адсорбции, соответствующее полному насыщению поверхности, чтобы из этих данных подсчитать полную свободную поверхность твердого адсорбента. Такие попытки делались неоднократно, и в табл. 42 приведены результаты измерений для различных типов углей. [14]
Из этих данных видно, что присоединение кислорода по месту углеродных атомов, расположенных на пиках, сопровождается выделением тепла, по своему количеству близкого к теплу сгорания газообразного углерода в ССЬ. Это значит, что расположенные на пиках атомы углерода обладают таким избытком свободной энергии, что могут рассматриваться как почти объемно свободные, газообразные. Такая сложность структуры поверхности твердых тел сильно затрудняет определение их удельной поверхности. Казалось бы, что такое определение вполне возможно, если допустить, что, как и в случае жидких поверхностей, адсорбция мономолекулярна. В этом случае достаточно было бы определить предельное значение адсорбции, соответствующее полному насыщению поверхности, чтобы из этих данных подсчитать полную свободную поверхность твердого адсорбента. Такие попытки делались неоднократно, и в табл. 42 приведены результаты измерений для различных типов углей. [15]
Страницы: 1 2