Аэросил

Чт, 06/19/2014 - 16:37

Поначалу полагали, что кристаллохимическая структура ПНК проста и соответствует структуре аморфного кварца, но оказалось, что не все так просто.


Рис.9. А вот гидрофобный (совместимый с полимерами) — проблематично

Рис.9. Удачно подобрав концентрацию и тип ПНК, можно заметно изменить (улучшить) свойства полимеров. Слева — ненаполненная эпоксидная пластмасса, справа — напрлненная 1, 5, 10 и 50 мас% смеси ПНК-кирпичная пыль

Таблица 1. Свойства ПНК, представляющие биомедицинский интерес. Данные [2, стр.89]

Например, согласно данным ЯМР-спектроскопии, здесь присутствуют мотивы структуры кристобалита (в чистом виде встречается в металлургических шламах).

Свойства чистого ПНК определяются наличием всего нескольких сравнительно активных центров физико-химического взаимодействия (рис.3). Это, например, поверхностные атомы кремния — они хотя и находятся в связанном состоянии (связи с кислородом), но способны к ориентации посторонних молекул (рис.3А). Теоретически, могут существовать весьма реакционно-способные структуры типа ионизированного кремния
(≡Si+, ≡SiО ) или ненасыщенных структур (типа =Si=O). Основной интерес представляют реакции по группе ≡Si-OH, хотя даже она сравнительно инертна. Все из-за крепости химических связей Si-O и О-Н (по 480-500 кДж/моль), из-за чего их сложно активировать. Однако ≡Si-OH характеризуется неравномерным распределением электронной плотности (примерно так — ≡Si ← O ← H, где стрелка обозначает перемещение электронной плотности), что обуславливает сравнительно высокую подвижность атома водорода и ответственно «кислые» свойства поверхности ПНК. Таким образом, ПНК — это такая себе слабая кислота, способная реагировать со щелочами, спиртами, другими соединениями.

Тем не менее специалисты выделяют свыше десятка типов химических реакций на поверхности ПНК. Так, небольшая молекула может «подойти с тыла» к поверхности ПНК и «зацепиться» за атом кремний (рис.3А). Возможно и дегидратирование (удаление воды) с образованием кремнекислородной сетки (рис.3Б). Возможны и реакции посложнее — например, с образованием временных циклов из химических и физических связей (рис.3В, Д, Е) или постоянных циклических структур (рис.3Г).

ФИЗИКО-ХИМИЯ ПНК: ВСЕ ДЕРЖИТСЯ НА «ВОДОРОДНЫХ» И КООРДИНАЦИОННЫХ СВЯЗЯХ

Не менее интересны свойства этой группы как центра физического взаимодействия — адсорбции. Благодаря смещению электронной плотности (рис.2) от водорода к кислороду (получается нечасто вроде ≡Si-O-H+), эта группа способна давать сравнительно прочные связи со многими органическими молекулами — спиртами, кислотами, белками, полимерами. Это, как правило, «водородные связи» — физико-химические взаимодействия, при которых адсорбент «прилипает» к силанольной группе атомом с избыточной электронной плотностью (чаще всего кислородом или азотом) — например, как на рис.2Б. Прочность этих связей на порядок ниже, чем химических, но их много и в итоге они определяют многие свойства композиций кремнезем-адсорбент. И если химические связи можно сравнить со сваркой или цементированием (в худшем случае склеиванием прочным клеем), то водородные и прочие физические связи (в общей трактовке их зовут ВандерВаальсовыми по имени открывателя) — подобны скотчу или лейкопластырю. Их можно расклеить, но затем они вновь образуются.

Физические свойства ПНК определяет его высокоразвитая поверхность, а химические — наличие гидроксильных групп. Изменение состава поверхности ПНК может осуществляться в результате простого термического воздействия, при котором с поверхности уходит вода и гидроксильные группы (дегидроксилирование), или наоборот при термообработке в высоковлажной среде. Именно благодаря им ПНК имеет целую гамму адсорбционных свойств, делающих его удачным медицинским сорбентом и промышленным наполнителем-модификатором.

Довольно заметную роль в свойствах поверхности ПНК играет «прилепившаяся» к поверхности вода. Эта вода непростая (точнее, простая вода приобретает специфические свойства). К примеру, при температурах ниже нуля она может и не замерзнуть.

Но с помощью чистого ПНК больших свершений уже не сделаешь — химия его изучена почти досконально, а возможности как сорбента и модификатора ограничены. Гораздо перспективнее изучение свойств поверхности модифицированного ПНК. Грубо говоря, модификатор «грунтует» или «красит» поверхность кремнезема, придавая ей ранее несвойственные характеристики. В итоге все частицы ПНК меняют свойства исходя из свойств нанесенного покрытия. Механизмы модифицирования поверхности химики разделяют на 5-7 типов — модифицирование простыми соединениями (простые спирты, кислоты, эфиры), силанами (наиболее частый метод), полимерами, сложными металлорганическими соединениями и, наконец, многослойный синтез (поверхностная сборка). Нередко химические методы пересекаются с физической адсорбцией.

Другие материалы рубрики


  • Химический элемент XVIII века коренным образом отличался от элемента древности и средних веков. Одним из первых, кто более глубоко подошел к проблеме элементов, был М.В. Ломоносов, который ввел понятие о «начале», отличающемся от простого тела. Это «начало» он пояснял так: «Через химию известно, что в киновари есть ртуть…, однако в киновари ртути ни сквозь самые лучшие микроскопы видеть нельзя; но всегда в них тот же вид кажется». И далее: «В киновари имеется «начало» ртуть, но нет простого тела, металла ртути как такового». Это «начало» теперь называется элементом. Химический элемент не есть простое тело. В 1741 г. ученый формулирует первый постулат — элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших тел и различных между собой. Однако найти разницу между элементом и атомом он так и не смог. Сложной задачей это оказалось и для последующих поколений химиков, в чем мы далее убедимся.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...Остановимся чуть детальнее на последнем определении понятия «химический элемент». Периодические попытки дать более полное (или правильное) определение понятия «элемент» вновь привели к тому, что толкование этого определения произведено через то, что растолковывается. Еще раз обратимся к формулировке: «Химический элемент – тип атомов, имеющих …. элемента». Это равносильно следующему: «человек – живое существо, обладающее свойствами человека». Безусловно, это неправильно. Кроме того, если есть тип атомов, что тогда может подразумеваться под видом атомов? А такое смешение понятий имеет место быть. Согласитесь, различие должно существовать, но путаница в точной науке недопустима...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ПЭТ — тара. Пластиковые бутылки. Этот предмет настолько прочно вошел в наш обиход, что без него невозможно представить нашу жизнь. Ведь массовое распространение пластиковая бутылка на постсоветском пространстве приобрела не так давно. Когда бутылка была еще сравнительным дефицитом — она встречалась только как тара для напитков или бытовой химии. Пластиковая бутылка была диковинкой.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Впервые поливинилхлорид был получен в лабораторных условиях в 1835 году французским горным инженером-химиком Анри Виктором Реньо. Реньо, получивший раствор винилхлорида, случайно обнаружил, что со временем в нем образовался белый порошок. Ученый провел с порошком различные опыты, но не получил интересных результатов (ведь ПВХ очень инертен, за что его сейчас и ценят), и пионер полимерного синтеза утратил интерес к случайно открытому им веществу. Спустя почти полвека, в 1878 г., продукт полимеризации винилхлорида впервые был исследован более подробно, но лишь в 1913 году немецкий ученый Фриц Клатте получил первый патент на производство ПВХ. Клатте и считается основоположником промышленного производства ПВХ. Предполагалось использовать трудновоспламеняемый поливинилхлорид вместо вошедшего тогда в моду (одного из первых) тоннажного полимера — целлулоида. Из-за войны начавшееся было производство ПВХ было приостановлено.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Чтобы понять, чем замечательны нановолокна, разберемся сначала с обычными углеродными нитями. Все углеродные волокна можно разделить на несколько типов в зависимости от того, как и из чего они сделаны (рис. 1). (Впрочем, сейчас более принято их классифицировать по механическим свойствам.)
    Самый очевидный способ производства — обугливание натура

    льного или синтетического текстильного волокна без доступа воздуха. Так можно обработать лен, хлопок и нейлон, однако в практику вошли углеродные волокна на основе вискозы и полиакрилонитрила (ПАН). ПАНволокна — абсолютные лидеры, их доля в мировом производстве составляет 80%. Их толщина, естественно, примерно равна толщине исходного текстильного волокна (около 35 мкм), а свойства зависят в первую очередь от параметров обугливания, которое происходит в несколько этапов и завершается отжигом в вакууме или атмосфере инертного газа при 2000-30000С.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Плавленым сырком традиционно называют у нас плавленый сыр. Уменьшительно-ласкательный суффикс словно подчеркивает, что он младший брат обычного твердого сыра. Так ли это и чем он похож на сыр обычный, чем от него отличается и что такое плавленый сыр вообще? Как он изменился в последние годы и все ли плавленые сыры стоит называть сырами? Какие странные компоненты в них можно найти и как выбрать «правильный» плавленый сырок?
    Полка с плавлеными сырами в хорошем магазине выглядит так, будто на ней выставлены не продукты, а игрушки. Этикетки всегда яркие, цепляющие глаз. А формы?! Пожалуй, нет другого продукта, который бы выпускался в столь разных упаковках.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Алмаз (англ. diamond; нім. diamant) — минерал класса самородных неметаллов, ценился во все времена и у всех народов. Каждая из древних цивилизаций награждала его своим именем. Греки называли его «адамас» или «адамантос» (непобедимый); римляне — «диамонд»; арабы — «алмас» (наитвердейший); древние евреи — «шамир»; индусы — «фарий». Английское название diamond происходит от латинского слова adamantem и его распространенной формы adiamentem. В русском языке арабское название «алмаз» было окончательно утверждено Афанасием Никитиным («Хождение за три моря», 1466-1472 г.г.). В украинском языке закрепилось древнеримско-греческое имя камня — «адамант», упоминаемое еще в 1705 г. в лекции «Про камені та геми» Прокоповича Феофана.
    Впервые алмазы были обнаружены в россыпях в Индии еще до нашей эры (5000 лет назад) и разрабатывались на протяжении многих веков. Легендарные копи Голконды дали миру почти все известные с древнейших времен алмазы, такие как «Кохинур», «Шах», «Орлов» и другие. К XVIII веку индийские копи истощились, однако вскоре новые месторождения были обнаружены на всех континентах, давая пищу все новым легендам и фактам.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Один из главных претендентов на «мировое господство», который наверняка вскоре потеснит полиолефины в потреблении — поликарбонат (ПК). Этот «юноша» полимерной отрасли появился недавно (в конце 20 века). Но претендует ни много ни мало на роль… заменителя оконного, авто- и прочего стекла! Данная ниша в середине прошлого века вроде бы нашла своего героя — полиметилметакрилат.
    Но не все так просто. ПММА, ПА и другие полиакрилаты (посложнее и подороже) обнаружили «маленький, но ужасный» недостаток: они очень быстро царапались и мутнели в нормальных условиях. На волне ажиотажа по замене оконного стекла на ПММА было поставлено немало плексигласовых окон, автовставок и приборных крышек. Ну и где они сейчас? В лучшем случае доживают свое в зданиях «времен Брежнева и позднего СССР» — исцарапанные, изборожденные «трещинами серебра» ...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • В независимости от половой принадлежности, места жительства и социального статуса, причиной смерти подавляющего числа людей после окончания периода активного роста становятся, как правило, одни и те же болезни. По данным ВОЗ, это сердечно-сосудистые болезни (инсульты, инфаркты), онкологические и связанные с нарушением и ослаблением иммунитета. И хотя причины естественного ухода из жизни у всех людей одинаковы, величина жизненного пути у каждого из нас может существенно отличаться, очень сильно завися от внутренних факторов, порождаемых факторами внешними.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6