ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Специфические особенности химии привитых поверхностных соединеСписок литературы из "Химия привитых поверхностных соединений" Рассмотрение общей схемы привитого поверхностного соединения (см. рис. 1.1) приводит к важному выводу многообразие поверхностно-модифицированных твердых тел неисчерпаемо. Действительно, к концу XX столетия было известно по разным оценкам от 12 до 15 миллионов химических соединений понятно, что предела в синтезе новых веществ нет, т. е. множество химических соединений открыто. Нет принципиальных препятствий для закрепления на поверхности носителя практически любой молекулы. Следовательно, открытым является и мнояжство привитых поверхностных соединений. Кроме того, в широких пределах может меняться ряд параметров поверхностно-модифицированных материалов химическая природа закрепленного вещества, морфология и химическая природа носителя, строение и длина ножки-спейсера и, наконец, структура привитого слоя. Привитый слой может быть мономерным или полимерным, плотным или неплотным, моно- и полифункциональным. Различным может быть и распределение привитых молекул статистически беспорядочным, островковым или регулярным. Возможен (и реализован ) вариант, когда внутренняя поверхность пор (в пористой матрице) модифицирована группами одной природы, а внешняя поверхность частиц — другой. [c.18] Таким образом, можно говорить о том, что на стыке нескольких фундаментальных научных дисциплин — неорганической, органической, коллоидной химии и химии высокомолекулярных соединений — сложилось новое научное направление химия привитых поверхностных соединений (ППС). Это научное направление имеет свой объект исследования — твердое тело, представляющее собой носитель с химически закрепленным на его поверхности слоем молекул, их агрегатов или макроскопических частиц. Важно, что этот объект нельзя свести к объектам смежных разделов химии. Наличие носителя (пористого или непористого, органического или минерального, синтетического или природного) и химически привитого слоя делают рассматриваемый объект, с одной стороны, уникальным, с другой — чрезвычайно многообразным. [c.18] Основная задача химии ППС заключается в том, чтобы выявить закономерности, управляющие синтезом поверхностно-модифицированных материалов и научиться осуществлять направленный синтез веществ и материалов с заранее заданными свойствами. [c.19] объект химии ППС состоит из носителя и привитого слоя. Привитый слой занимает центральное место в химии ППС. Без преувеличения можно сказать, что химия поверхностных соединений — это химия привитых слоев. Действительно, именно состав, структура и другие свойства привитого слоя в основном определяют свойства поверхностно-модифицированных материалов. Отметим специфические особенности привитого слоя как объекта исследования. [c.19] Привитый слой двумерен, т.е. представляет собой систему с пониженной размерностью. Двумерность привитого слоя вносит принципиальные особенности при количественном описании поверхностно-модифицированных материалов и некоторых процесов, происходящих на поверхности. Отметим, что полимолекулярные привитые слои, толщиной в десятки нанометров и более, могут рассматриваться как привитые слои, обладающие трехмерной структурой. Однако даже толстые привитые слои являются, по существу, границей раздела фаз (со всеми вытекающими особенностями) и вряд ли могут быть выделены в отдельную фазу. По определению привитый слой находится на границе раздела фаз, сам фазой не являясь. [c.19] Привитый слой макромолекулярен. Его следует рассматривать как своеобразную макромолекулу (надмолекулу), образованную поверхностным слоем подложки и привитыми группами и являющуюся носителем химических свойств модифицированных поверхностей. [c.19] Интересным является вопрос о минимальных размерах фрагмента привитого слоя (структурной единицы), отражающего свойства модифицированной поверхности. Минимальные размеры представительного фрагмента привитого слоя — так сказать, кванта привитого слоя — связаны с параметрами кристаллической структуры поверхностного слоя носителя, его пористой структурой, поверхностной концентрацией и размерами привитых молекул. [c.19] Характеристические размеры привитого слоя могут изменяться в широких пределах. Например, для поверхности монокристаллического кварца, в силанольных группах которого протоны замещены на дейтерий, полная информация о структуре и свойствах привитого слоя содержится на площадке, равной площади элементарной кристаллической ячейки кварца. Для высокоупорядоченных самособирающих-ся монослоев характеристическим будет размер домена. Для химически модифицированных пористых корпускулярных носителей характеристичным является размер первичной частицы носителя, а для привитых слоев, содержащих закрепленные макромолекулы, микроорганизмы, клетки и др. — размер закрепленных частиц. [c.19] В качестве следствия, вытекающего из макромолекулярности привитого слоя как объекта исследования, важно отметить, что классифицировать привитые поверхностные соединения следует именно по типу привитых слоев. Классификации, основанные только на химической природе молекул, являются недостаточными, поскольку в результате взаимодействия привитых молекул между собой и с носителем приобретаются новые свойства. [c.20] Взаимное влияние привитых молекул и их взаимодействие с носителем — еще одна специфическая особенность привитых слоев и поверхностных соединений. Благодаря этому фактору часто после прививки на поверхность химические свойства молекул значительно изменяются. Например, основность привитых аминосоедине-ний на кремнеземе заметно уменьшается из-за их взаимодействия с силанольными группами поверхности по типу арочных структур (рис. 1.3). [c.20] Еще одной специфической особенностью привитого слоя как объекта исследования является его небольшое абсолютное содержание в образце, в особенности для носителей с низкой удельной поверхностью. С увеличением удельной поверхности доля поверхности носителя, приходящаяся на привитый слой, возрастает, однако и для высокодисперсных носителей существуют естественные ограничения максимального количества привитого вещества. [c.21] для пористых носителей с ростом удельной поверхности (за счет уменьшения диаметра пор) содержание привитого вещества увеличивается лишь до определенного предела из-за стерических затруднений, возникающих в слишком маленьких порах (рис. 1.4). Например, из хроматографической практики хорошо известно, что невозможно получить сорбент на основе пористого кремнезема и монофункционального модификатора с содержанием привитого вещества более 24-25%. Серьезные трудности возникают при исследовании привитых слоев на носителях с низкой удельной поверхностью, в пределе — с геометрической поверхностью (грани монокристаллов, пластинки, металлическая фольга, непористые грубодисперсные частицы и др.). Подобные образцы содержат на своей поверхности исчезающе малое количество привитого вещества. Например, пластинка кремния, модифицированная монослоем триметилхлорсилана, на площади 1 см содержит около 30 нг привитого вещества. [c.21] Вернуться к основной статье