Закономерности адсорбции ионов и адагуляции коллоидных частиц. Самосборка на поверхности. (Лекция 9)

Сентябрь 9, 2022

Главная
Химия
Закономерности адсорбции ионов и адагуляции коллоидных частиц. Самосборка на поверхности. (Лекция 9)

Содержание

2. Схемы образования основных типов адсорбционных соединений на границе раздела оксид (гидроксид) - раствор соли металла
3. При адсорбции происходит “концентрирование” отдельных ионов вблизи поверхности, и на границе раздела между твердым телом и
4. Соединения, образующиеся на поверхности FeOOH в растворе соли Zn2+ Примеры внутри- (Fe2+) и внешнесферных (Na+) комплексов
6. При адсорбции катионов существует общее правило - количество адсорбированных на поверхности катионов возрастает при рН, близких
7. Как известно, при растворении в воде солей металлов наблюдаются гидратация и гидролиз катионов Общее правило -
8. Типичные расчетные зависимости доли адсорбированных на поверхности оксидов и гидроксидов металлов катионов (а) и анионов (б)
9. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ МЕЖДУ КОЛЛОИДЫМИ ЧАСТИЦАМИ В РАСТВОРЕ ИЛИ МЕЖДУ ЧАСТИЦАМИ И ОДНОИМЕННО ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ Силы отталкивания
10. Величина потенциального барьера зависит от концентрации С и степени окисления катионов z, потенциала поверхности Ψ и
11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ТВЕРДОЕ ТЕЛО - РАСТВОР Уравнение Нернста Заряд поверхности определяется количеством адсорбированных
12. ВЛИЯНИЕ ИОННОЙ СИЛЫ РАСТВОРА НА АДАГУЛЯЦИЮ КОЛЛОИДНЫХ ЧАСТИЦ НА ПОВЕРХНОСТИ. На примере осаждения коллоидных частиц гематита
13. АДСОРБИРОВАННЫЕ НА ПОВЕРХНОСТИ СЛОИ МОГУТ ОБРАЗОВЫВАТЬ УПОРЯДОЧЕННЫЕ СТРУКТУРЫ, ТИПА 2D КРИСТАЛЛОВ Согласно общепринятой терминологии такие структуры
14. ПРИМЕР ОБРАЗОВАНИЯ МОНОСЛОЯ ТИОЛА НА ПОВЕРХНОСТИ ЗОЛОТА Тиолы на золоте адсорбируются за счет образования связей между
15. ПРИМЕР ОБРАЗОВАНИЯ МОНОСЛОЯ КРЕМНИЙ-ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА НА ГИДРОКСИЛИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОКСИДА
16. Реакции самосборки на поверхности могут наблюдаться не только для молекул, но и для наночастиц. Для этого
17. ПРИМЕРЫ СИНТЕЗА СВЕРХРЕШЕТОК, СОСТОЯЩИХ ИЗ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ И МОЛЕКУЛ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
18. САМОСБОРКА НАНОЧАСТИЦ ЗОЛОТА С ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЛИГАНДАМИ Изображения, полученные методом СЭМ, “кристалла”, состоящего из наночастиц Au лиганд
19. САМОСБОРКА МЕТАЛЛ-ОРГАНИЧЕСКИХ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ОПРЕДЕЛЯЕМАЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ МЕЖДУ МЕТАЛЛОМ И ОРГАНИЧЕСКИМИ ЛИГАНДАМИ Конфигурация А более вероятна, чем
21. Скачать презентацию

Слайд 2

Схемы образования основных типов адсорбционных соединений на границе раздела оксид (гидроксид)

- раствор соли металла

Слайд 3

При адсорбции происходит “концентрирование” отдельных ионов вблизи поверхности, и на границе

раздела между твердым телом и раствором электролита возникает двойной ионный слой. Толщина данного слоя уменьшается с увеличением концентрации ионов в растворе.

Слайд 4

Соединения, образующиеся на поверхности FeOOH в растворе соли Zn2+
Примеры внутри- (Fe2+)

и внешнесферных (Na+) комплексов на поверхности SiO2

Если ионы адсорбируются на поверхности специфически, то строение двойного ионного слоя можно описать в соответствии с моделью Штерна

Слайд 5

Слайд 6

При адсорбции катионов существует общее правило - количество адсорбированных на поверхности

катионов возрастает при рН, близких к рН осаждения соответствующих гидроксидов. Это объясняется образованием при больших рН гидрат-гидроксильных комплексов металлов, которые более необратимо взаимодействуют с поверхностью.
Доля адсорбированных анионов, т.е. ионов с отрицательным зарядом, возрастает при уменьшении рН раствора. Это происходит из-за увеличения положительного заряда поверхности большинства оксидов и гидроксидов за счет адсорбции на поверхности подложки в кислой среде протонов.

Слайд 7

Как известно, при растворении в воде солей металлов наблюдаются гидратация и

гидролиз катионов

Общее правило - осаждение гидроксидов с большей степенью окисления происходит в более кислой области

На рисунках показано изменение состава продуктов гидролиза в растворе соли Ce3+ (а) и Ce4+ (б) в зависимости от рН раствора. CCe = 0,001 M. Штриховой линией показана зависимость растворимости гидроксидов церия от рН.

Ce3+ + H2O = CeOH2+ + H+ K1
CeOH2+ + H2O = Ce(OH)2+ + H+ K2
Ce(OH)2+ + H2O = Ce(OH)3 + H+ K3

Например, для солей церия

Слайд 8

Типичные расчетные зависимости доли адсорбированных на поверхности оксидов и гидроксидов металлов

катионов (а) и анионов (б) от значения рН раствора

а- расчетные значения изменения доли адсорбированных на поверхности оксидов катионов Co2+ в зависимости от рН раствора, б- расчетные значения изменения доли адсорбированных на поверхности Fe2O3 катионов M2+ в зависимости от рН раствора

(CCo = 0,0001M, INaNO3 = 0,1M, t = 25°C)

(CM2+ = 10-6M, INaNO3 = 0,1M, t = 25°C)

Слайд 9

СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ МЕЖДУ КОЛЛОИДЫМИ ЧАСТИЦАМИ В РАСТВОРЕ ИЛИ МЕЖДУ ЧАСТИЦАМИ И

ОДНОИМЕННО ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Силы отталкивания зависят от величины заряда поверхности и толщины двойного ионного слоя

Слайд 10

Величина потенциального барьера зависит от концентрации С и степени окисления катионов

z, потенциала поверхности Ψ и условной толщины к двойного ионного слоя

Слайд 11

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ТВЕРДОЕ ТЕЛО - РАСТВОР
Уравнение Нернста
Заряд поверхности

определяется количеством адсорбированных на поверхности катионов или анионов и их зарядом. Например, для гидроксилированной поверхности оксида в кислой среде - количеством адсорбированных протонов.

Слайд 12

ВЛИЯНИЕ ИОННОЙ СИЛЫ РАСТВОРА НА АДАГУЛЯЦИЮ КОЛЛОИДНЫХ ЧАСТИЦ НА ПОВЕРХНОСТИ.
На

примере осаждения коллоидных частиц гематита на поверхности плавленого кварца

b - I = 10-5 M, c - 0,1 M NaNO3, d - 0,31 M NaNO3

Для противоположно заряженных подложки и коллоидных частиц с увеличением ионной силы степень “покрытия” подложки продуктами адагуляции увеличивается

Электронные микрофотографии, полученные методом СЭМ

Слайд 13

АДСОРБИРОВАННЫЕ НА ПОВЕРХНОСТИ СЛОИ МОГУТ ОБРАЗОВЫВАТЬ УПОРЯДОЧЕННЫЕ СТРУКТУРЫ, ТИПА 2D КРИСТАЛЛОВ
Согласно

общепринятой терминологии такие структуры определяют как структуры, полученные “самосборкой” (self-assembled)

Слайд 14

ПРИМЕР ОБРАЗОВАНИЯ МОНОСЛОЯ ТИОЛА НА ПОВЕРХНОСТИ ЗОЛОТА
Тиолы на золоте адсорбируются за

счет образования связей между Au и S. Данная связь в водных растворах является сравнительно прочной. Например, известно, что сульфид золота является трудно растворимым соединением.

Слайд 15

ПРИМЕР ОБРАЗОВАНИЯ МОНОСЛОЯ КРЕМНИЙ-ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА НА ГИДРОКСИЛИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОКСИДА

Слайд 16

Реакции самосборки на поверхности могут наблюдаться не только для молекул, но

и для наночастиц.
Для этого необходимо выполнить следующие условия:
- размер наночастиц не должен различаться более, чем на 5 проц.,
- отдельные наночастицы должны быть разделены молекулами ПАВ,
- удаление растворителя из слоя на поверхности должно происходить настолько медленно, чтобы наночастицы могли занять равновесные положения

Примеры сверхрешеток, построенных из сферических частиц и частиц, имеющих форму шестигранника

Слайд 17

ПРИМЕРЫ СИНТЕЗА СВЕРХРЕШЕТОК, СОСТОЯЩИХ ИЗ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ И МОЛЕКУЛ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Слайд 18

САМОСБОРКА НАНОЧАСТИЦ ЗОЛОТА С ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЛИГАНДАМИ
Изображения, полученные методом СЭМ, “кристалла”,

состоящего из наночастиц Au

лиганд

При облучении УФ светом наблюдаются конформационные изменения в молекулах лигандов, и образуются ковалентные связи между лигандами отдельных наночастиц, что приводит к образованию плотно упакованного “кристалла”.

Слайд 19

САМОСБОРКА МЕТАЛЛ-ОРГАНИЧЕСКИХ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ОПРЕДЕЛЯЕМАЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ МЕЖДУ МЕТАЛЛОМ И ОРГАНИЧЕСКИМИ ЛИГАНДАМИ

Конфигурация А более вероятна, чем Б

Темно-синим цветом условно показан катион металла, а светлым - лиганд. При взаимодействии в смеси образуются само- организованные структуры, часть из которых является наиболее вероятной