1.4 Адсорбционные свойства алмазов

Алмазы обладают высокой поверхностной энергией и вследствие этого имеют значительную адсорбционную активность по отношению ко многим соединениям (рисунки1.3 и 1.4). Этим объясняется и значительная адсорбция кислорода на свежеобнаженной поверхности алмаза.

1– смесь жирных кислот С₇-С₉ (гетерополярное соединение); 2 – керосин; 3 – декан

(аполярные соединения); Г – адсорбция (по вертикали), С – концентрация (по горизонтали)

Рисунок 1.3 – Изотермы адсорбции различных реагентов на поверхности

алмазов марки АС15 (температура 293 К)

1 – алмаз, окисленный при температуре 690 К; 2 – алмаз, дегазированный в глубоком вакууме;

3 – алмаз, обработанный водородом при температуре 1070 К; Р/Р₀ – относительное давление

Рисунок 1. 4 – Ттипичные изотермы описывающие физическую

адсорбцию паров воды (полярное соединение) алмазным порошком S₀ = 20 м²/г

Адсорбция кислорода на поверхности алмазов зависит от условий их получения, обработки и хранения, степени дефектности поверхности и составляет от 80 · 10^-6до 430 · 10^-6моль/г. Алмазы, насыщенные кислородом, проявляют гидрофильные свойства. Степень гидрофильности алмазных порошков может быть оценена по величине свободной энергии насыщения парами воды ∆G_s , которая рассчитывается на основе уравнения Банхема

∆G_s=RT∫lnP/Р_нас dn, мДж/(моль · см²) (1.3)

гдеn–число олей воды, адсорбированной на единице поверхности

при парциальном давлении водяных паров Р;

Р_нас–давление насыщенных водяных паров, Па

Парциальное давление водяных паров определяется по уравнению

Р=Р_нас– 0,0065 (t–t_м)b (1.4)

где b–барометрическое давление, Па;

t–t_м – разность температур, показываемых сухим и мокрым

термометрами

Чем больше абсолютная величина ∆G_s, тем гидрофильнее минерал. Например, для барита ∆G_s = –240, для кальцита и графита – соответственно –260 и –58.

Гидрофобность алмазов оценивается мерой их поверхностной активности по отношению к жирной кислоте ряда С₇−С₉согласно уравнению

g=RT· Г/С (1.5)

где Г –количество адсорбированной жирной кислоты, моль/м²;

С – равновесная концентрация, моль/л или моль/г

При определении gадсорбция осуществляется из растворов жирной кислоты концентрацией (10–13) 10^-4моль/л при температуре 290–298 К. Адсорбированное количество измеряется либо алкалиметрическим титрованием, либо методом десорбции СCl₄с последующим анализом экстракта методом ИК-спектроскопии. Чем более гидрофобна поверхность алмазов, тем больше на ней адсорбируется жирной кислоты и выше величинаg. По возрастанию степени гидрофобности алмазы располагаются в следующий ряд: АС2, АС4, АС6, АС15, АС32 (рисунок1.5).

Рисунок 1.5 –Мера поверхностной активности шлифпорошков алмазов

марок АС2 (а), АС4 (б), АС6 (в), АС32 (г), АС15 (д) различной зернистості

Обработка алмазов окислителем приводит к увеличению гидрофильности алмазов и, следовательно, к уменьшению адсорбции жирной кислоты и величины g. Поэтому при использовании величиныgв качестве критерия степени шероховатости (дефектности) поверхности алмазов это обстоятельство необходимо учитывать [3].