МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ГОЛОВНЕ УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ І НАУКИ

ХАРКІВСЬКОЇ ОБЛАСНОЇ ДЕРЖАВНОЇ АДМІНІСТРАЦІЇ

ХАРКІВСЬКЕ ТЕРИТОРІАЛЬНЕ ВІДДІЛЕННЯ

МАЛОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

ВІДДІЛЕННЯ ХІМІЇ ТА БІОЛОГІЇ

СЕКЦІЯ ХІМІЯ

Комплексоутворюючі властивості амінокремнезему

Виконав:

Шостак Владислав Богданович

учень 11-Б класу

Харківської спеціалізованої школи №133 ,,Ліцей мистецтв”

Науковий керівники

Вчитель вищої категорії, ,,Старший вчитель” Богданова Людмила Євгеніївна Аспірант хімічного факультету Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна А.Ю.Барабан

ХАРКІВ 2012

Зміст

Зміст 2

1 ВСТУП 3

2 ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД 4

2.1 Методи синтезу модифікованих кремнеземів 4

2.1.1 Золь-гель метод. 4

2.1.2 Метод поверхневої зборки 6

2.1.3 Темплатний синтез 7

2.2 Застосування модифікованих кремнеземів 7

2.2.1 Хімічні сенсори 7

2.2.2 Іонообмінні матеріали 9

2.2.3 Хроматографія 10

3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 12

3.1 Прилади 12

3.2 Реактиви 12

3.3 Методики експериментів 13

3.3.1 Синтез аміноксерогелю 13

3.3.2 Визначення кількості доступних аміногруп 13

3.3.3 Зондування поверхні аміноксерогелю іонами Cu2+ 13

3.4 Визначення густини та пористості матеріалів 14

4 РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ 16

ВИСНОВКИ 21

1. ВСТУП

Вивчення властивостей, оптимізація застосування, створення нових типів органо-мінеральних матеріалів є актуальною та перспективною галуззю хімії на теперішній час. Пористі матеріали, зокрема матеріали на основі аморфних оксидів кремнію, широко використовуються в технологічних процесах синтезу і переробки речовин як каталізатори та сорбенти. Важливим значенням користуються оксиди кремнію як твердофазні аналітичні реагенти та нерухомі фази в хроматографії.

Одним із поширених класів функціоналізованих органокремнеземів, що мають комплексоутворюючи властивості, є амінокремнеземи (кремнеземи, на поверхні яких ковалентно закріплені аліфатичні аміни). Властивості приповерхнього шару мають важливе значення у вивченні загальних особливостей амінокремнеземів. Знаходячись на межі двох фаз (газової та твердої або рідкої та твердої) приповерхній шар знаходиться в рівновазі з кожною з них.

Навчитися керувати каталітичними, сорбційними та комплексоутворюючими процесами на поверхні амінокремнеземів є важливою задачею хімії поверхні.

Складність прогнозування властивостей приповерхнього шару та властивостей аміноксерогелей в цілому полягає в тому, що властивості функционалізованих кремнеземів неможливо представити як суму властивостей кремнеземного носія й закріпленого реагенту.

Метою даного дослідження було дослідити комплексоутворюючі властивості аміноксерогелей зондуванням іонами Сu(II), та визначити склад комплексів, що утворюються.

2. Літературний огляд

   1. Методи синтезу модифікованих кремнеземів

Синтез модифікованих кремнеземів полягає в закріпленні органічних реагентів на поверхні кремнеземних матриць. Існує три основних методи модифікації кремнеземів органічними реагентами[1].

1. Золь-гель метод.

Найчастіше застосовується золь-гель метод.[2,3]. Золь-гель процес (гелева технологія), технологія отримання матеріалів з певними хімічними та фізико-механічними властивостями, що включає отримання золю і послідовне переведення його в гель. Золь-гель процес використовують при виробництві неорганічних сорбентів, каталізаторів і носіїв каталізаторів, синтетичних цеолітів. в'яжучих неорганічних речовин, кераміки зі спеціальними теплофізичними, оптичними, магнітними і електричними властивостями, скла, склокераміки, волокон, керамічного ядерного палива та інших.

В основі золь-гель процесу лежать реакції гідролізу й конденсації. Особливість золь - гель процесу полягає в створенні умов коли згадані хімічні реакції протікають із порівняно невеликими швидкостями, які контролюються умовами: рH, температура, сполука й співвідношення прекурсорів, розчинника й каталізатора.

На першій стадії золь-гель процесу формується хімічний склад продукту (хімічна форма речовини і співвідношення компонентів), який одержують у вигляді високодисперсного колоїдного розчину - золю. Розмір частинок дисперсної фази в стабільному золі 10^-9-10^-6 м.

Збільшення концентрації дисперсної фази призводить до появи коагуляції. контактів між частинками і початку структурування - гелеутворення (друга стадія золь-гель процесу).

Коагуляційні структури характеризуються низькою міцністю, обумовленою ван-дер-ваальсовимі силами, при цьому взаємодія частинок здійснюється через рівноважну по товщині прошарок дисперсійного середовища. Для так званих коагуляційних структур далекого взаємодії сила взаємодії частинок складає 10^-11-10^-10 Н / контакт, а відстань між ними - 10^-8-10^-7 м. Такі структури характеризуються повною мимовільним відновленням після механічного руйнування. Подальше підвищення об'ємної концентрації і поверхні дисперсної фази призводить до поступового зникнення здатності до тиксотропної відновленню, а в міру зниження змісту дисперсійного середовища губляться також еластичні і пластичні властивості.

При фіксації частинок в структурі, що відповідає ближній коагуляції. міцність коагуляційних контактів зростає до 10^-9-10^-8 Н, а відстань між частинками знижується до 10^-9 м. На цій стадії можуть виникнути і атомні (точкові) контакти, що характеризуються міцністю 10^-8-10^-6 Н / контакт. На практиці частіше зустрічаються коагуляційні структури обох типів. Для підвищення стабільності структур, регулювання реологічних властивостей і управління процесами структуроутворення впливають на міцність контактів шляхом модифікації поверхні частинок добавками поверхнево активних речовин або шляхом створення в розчині просторів. структури високомолекулярного органічного полімеру.

До переваг золь-гель синтезу можна віднести:

• простота синтезу: різні реагенти легко включаються в стабільну кремнеземну матрицю-хазяїна простим їхнім додаванням у золь, перед його перетворенням у гель;

• одержання матеріалів з високими поверхневими концентраціями й високою стійкістю до вимивання органічного модифікатора;

• одержання матеріалів у різних формах (у вигляді плівок, волокон стекол, порошків, моноліту тощо;

• одержання матеріалів із заданими хімічними й морфологічними властивостями (питома поверхня, пористість, середній розмір пор);

• практично необмежена кількість модифікаторів, які можуть бути імобілізованими;

• м'які умови золь-гель синтезу при низьких температурах;

• отримані в ході золь-гель синтезу матеріали хімічно, фотохімічно й електрохімічно стійкі.

В окремих випадках, золь-гель метод є єдино доступним засобом введення молекул модифікатора в різні матриці.