Жидкостное восстановление и радиолиз - Коллоидная химия

Энергия наночастица жидкостный радиолиз

Жидкофазное восстановление. Жидкофазное восстановление. Химические восстановление зависит как от природы пары восстановитель-окислитель, так и от их концентрации, pH среды, температуры, свойств растворителя. В качестве восстановителей ионов металлов чаще всего используют - борогидриды (например. NaBH4), алюмогидриды, соли щавелевой и винной кислот, формальдегид. Наночастицы серебра (Ag) размером менее 5нм получены восстановлением азотнокислого серебра (AgNO3) борогидридом натрия (NaBH4) при смешивании соответствующих растворов в определенном температурном режиме: Перспективной разновидностью вышеприведенного метода является электрохимическое восстановление. Электрохимическое восстановление металлов позволяет, изменяя параметры электродных процессов, в широких пределах варьировать свойства получаемых нанокластеров. Например, при катодном восстановлении металлов: На платиновых катодах могут образовываться сферические наночастицы металлов, а на катодах из алюминия формируются наноразмерные пленки. Для контроля процессов формирования и стабилизации наночастиц используют молекулы органических веществ больших размеров - макромолекулы. Их можно рассматривать как нанореакторы, позволяющие синтезировать наночастицы требуемых размеров и формы. Макромолекулы - органические молекулы с высокой молекулярной массой, объемной и разветвленной структурой, наличием активных концевых групп. Примером восстановления ионов металлов в нанореакторах с макромолекулами является получение наночастиц золота из водного раствора золотохлористоводородной кислоты HAuCl4: Восстановитель - борогидрит натрия, макромолекула - полиамидоамин с концевыми первичными и третичными аминогруппами. При контролируемом синтезе получены наночастицы золота размером от 2 до 6 нм различной формы.

Радиолиз. Радиолиз. Синтез наночастиц при радиолизе заключается в воздействии на систему частиц и излучений высоких энергий, более 100 эВ. Вариантом радиолиза является фотолиз с энергиями облучения примерно 60 эВ. При радиолизе в системах генерируются свободные электроны и радикалы. Так, в водных растворах при облучении из молекулы воды получаются гидратированные электроны и радикалы водорода и гидроксила: Электроны и радикалы при взаимодействии с исходным веществом образуют наночастицы. Радиолиз имеет ряд существенных преимуществ перед химическим восстановлением. Радиолиз возможен как в жидких, так и в твердых системах в широком температурном интервале; получаемые наночастицы имеют существенно меньше примесей других веществ и меньший разброс по размерам. Соответственно, качество получаемых наноматериалов повышается. С использованием радиолиза получены нанокомпозиты, состоящие из нескольких металлов. Например, наносистемы никель-серебро с диаметром 2-4 нм; биметаллические частицы Au-Ni размером 2,5 нм, нанесенные на аморфный углерод; триметаллические наночастицы Pd-Au-Ag. Образующиеся многослойные нанокластерные материалы предполагается использовать для фемтосекундных электронных устройств нового поколения.

Задачи

25. Вычислить силу адгезии наночастицы жидкости к плоской поверхности твердого материла, зная константу Гамакера А двух данных фаз, радиус частицы r и величину зазора h между частицей и поверхностью, указанные в следующей таблице (для своего номера задачи):

№ задачи:

25

A-1021, Дж

47

R, нм

11

H, нм

0,170

Решение

По теории Дронсона-Кендела-Робертса, сила F притяжения (адгезии) шарообразной частицы одной фазы и бесконечной по протяженности плоской поверхностью другой или той же фазы выражается формулой:

,

Где А - константа Гамакера для данной системы (константа дисперсионного взаимодействия молекул фаз);

R - радиус частицы;

H - расстояние между поверхностью сферической частицы и плоской поверхностью.

Подставляем данные в формулу и расчитываем силу адгезии:

Ответ: F=2,98 нH.

52. Рассчитать и построить кривую потенциальной энергии взаимодействия сферических частиц радиусом r в водном растворе KCl с концентрацией с по следующим данным: константа Гамакера А* = 1,5-10-20 Дж, потенциал диффузного слоя ц (в таблице), температура 20 °С, относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1. Значения энергии взаимодействия частиц определить при расстояниях между поверхностями h: 1, 2, 4, 8, 16, 32 нм.

Радиус частиц, нм

Ц, мВ

С, ммоль/л

50

40

0,5

Решение

Для слабо заряженных поверхностей и малых расстояний h (h ? 50 нм) суммарная энергия взаимодействия между двумя частицами радиусом r рассчитываются по уравнению:

Где А ? константа Гамакера, Дж;

? ? электрический потенциал диффузного слоя, B;

H ? расстояние между частицами, м;

Е ? относительная диэлектрическая проницаемость;

Е0 ? электрическая постоянная, Ф/м;

Ч ? величина, обратная толщине диффузного слоя, м-1.

Толщина диффузного слоя д:

,

Где I - ионная сила раствора;

F - постоянная Фарадея.

Рассчитаем ионную сила раствора 0,5 ммоль/л раствора хлорида калия КСl:

Рассчитаем величину толщины диффузного слоя д:

Для слабо заряженных поверхностей и малых расстояний h (h ? 50 нм) суммарная энергия взаимодействия между двумя частицами радиусом r рассчитываются по уравнению:

Результаты расчета энергии (Дж/м2):

Строим график зависимости u = f(h).

график зависимости u = f(h)

Рис. 1 График зависимости u = f(h)

75. Электрофорез гидрозоля Fe(OH)3 проводили при разности потенциалов на электродах 50,0 В и расстоянии между электродами 30,0 см. Перемещение частиц за 10 минут составило 15 мм. Относительная диэлектрическая проницаемость воды 80,2, вязкость 1,00 мПа-с. Вычислить дзета-потенциал частиц в предположении применимости уравнения Хюккеля.

Решение

Уравнение Смолуховского, связывающее о-Потенциал частиц с линейной скоростью электрофореза U0 выражается как:

.

Где ?- величина электрокинетического потенциала, В;

    ?-вязкость среды, Па-с; ?- диэлектрическая проницаемость среды, для водной среды равная 80,2 (безразмерная величина); ?0- электрическая константа (диэлектрическая проницаемость вакуума), равная 8,85-10-12 Ф/м; - линейная скорость, м/с,

Н - градиент потенциала, В/м.

Линейную скорость движения границы золь - боковая жидкость рассчитывают как отношение смещения границы раздела за время электрофореза:

Где H - смещение границы золь - боковая жидкость за время электрофореза, м;

T - время электрофореза, с.

Напряженность внешнего поля:

Следовательно, электрокинетический потенциал равен:

В

Ответ: В

Похожие статьи




Жидкостное восстановление и радиолиз - Коллоидная химия

Предыдущая | Следующая