Введение к работе
Актуальность
Исследование поверхностных и электроповерхностных свойств твердых тел и оксидов в частности всегда было проблемой, интересной и важной не только с теоретической, но и с практической точки зрения, поскольку именно эти свойства определяют качество адсорбентов, катализаторов, полупроводников, в роли которых чаще всего используются оксиды. Необходимо также учесть, что и поверхность большинства металлов в обычных условиях покрыта оксидной пленкой. Практически все поверхностные и электроповерхностные свойства оксидов зависят от состояния гидроксильного покрова. В силу взаимосвязи молекулярных и электронных процессов на поверхности состояние гидроксильного покрова косвенно оказывает влияние и на электрофизические параметры поверхности оксидного полупроводника или полупроводника, покрытого оксидной пленкой.
В последнее время начинает превалировать осознание того факта, что на поверхности любого твердого тела существует целый ряд поверхностных центров, константы диссоциации которых правильнее представлять не в виде дискретных значений, а в виде своеобразного спектра. В связи с этим многие исследователи предлагают разнообразные варианты обсчета данных лотенциометрического титрования для получения так называемых рК-спектров. Для этой цели используют различные математические подходы, которые всегда основываются на неких упрощающих предположениях, таких, например, как одноосновность поверхностных центров и независимость процессов их диссоциации друг от друга. Тем не менее, единого мнения о способе построения данных спектров до сих пор не существует.
Основной задачей настоящей работы является потенциометрическое исследование ряда оксидов и разработка метода определения из полученных данных, а также из результатов исследования зависимости углов смачивания от рН раствора, кислотно-основных характеристик поверхности (констант диссоциации и содержания на поверхности имеющихся кислотно-основных центров). Цель работы
Разработка метода расчета кислотно-основных характеристик поверхности оксидов из данных подробного потенциометрического титрования.
Потенциометрическое исследование ряда оксидов и изучение зависимости рассчитанных предложенным методом кислотно-основных характеристик от состава образца и ионной силы фонового раствора.
Разработка метода оценки кислотно-основных свойств поверхности оксидов из данных по зависимости угла смачивания от концентрации потенциалопределяющих ионов (рН) и сопоставление результатов, полученных обоими методами. Научная новизна
Разработан метод расчета кислотно-основных характеристик поверхности оксидов из данных подробного потенциометрического титрования с привлечением величин адсорбции на основе уравнения Гендерсона —Гассельбаха.
Впервые исследованы зависимости кислотно-основных характеристик ряда феррошпинелей от их состава и способа модификации их поверхности.
Разработан способ оценки кислотно-основных характеристик поверхности оксидов из данных смачивания с использованием величины адгезионного натяжения и учетом электростатической составляющей поверхностного натяжения. Практическая значимость
Предложенные способы расчета кислотно-основных характеристик поверхности позволяют оценивать свойства как высокодисперсных твердых тел, так и плоских поверхностей, что имеет большое значение для управления процессами, проходящими на границе твердое тело - жидкость (катализ, адсорбция, флотация и другие процессы, связаігньге с явлением смачивания). Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на Международной конференции, посвященной 60-летию создания института физической химии РАН "Физико-химические основы новейших технологий XXI века". Москва, 2005; X Международной конференции «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии», Москва, 2006; XVI International Conference on Chemical Thermo- dynamics in Russia (RCCT 2007) Suzdal, 2007; III Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, Москва, 2008; Юбилейной научной сессии УНЦХ, Петербург, 2004. Публикации
По теме работы опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи, все из перечня ВАК и 5 тезисов докладов.
Положения, выносимые на защиту:
Метод расчета кислотно-основных характеристик поверхности оксидов из данных подробного потенциометрического титрования с привлечением величин адсорбции на основе уравнения Гендерсона -Гассельбаха.
Способ оценки кислотно-основных характеристик поверхности оксидов из данных смачивания с помощью аппроксимации зависимости адгезионного натяжения (с учетом электростатической составляющей поверхностного натяжения) от рН кривой суммарного содержания недиссоциированных ОН-групп.
Экспериментальные данные потенциометрического титрования а-АЬОз и а-РегОз. при разной ионной силе фонового раствора и рассчитанные предложенным методом кислотно-основные характеристики для вышеуказанных систем.
Экспериментальные данные потенциометричсского титрования ряда синтезированных феррошпинелей (включая системы с изменением состава и поверхностным модифицированием). Расчет и сравнение полученных кислотно-основных характеристик.
Рассчитанные из данных по зависимости угла смачивания от рН раствора кислотно-основные характеристики для пластин А120з и Fcj03. Сравнение полученных значений с результатами потенциометрических расчетов.
Объем и структура диссертации.
