«Аерогель»
1. Історична довідка
1931 р. – опубліковано в журналі «Природа» результати Стівена Кістлера. Кістлер заміняв рідину в гелі на метанол, а потім нагрівав гель під тиском до досягнення критичної температури метанолу (240°С). Метанол вийшов з гелю, не зменшуючись в об’ємі; відповідно, і гель «висихав», майже не стискаючись.
Початок 1990-х – отримано перші зразки аерогеля на основі вуглецю.
Близько 2000 рік – почалося комерційне виробництво аерогелю. Аерогель діоксиду кремнію і волокнисто підкріплений, перетворює крихкий аерогель в міцний, гнучкий матеріал.
2. Будова
Аерогелі відносяться до класу мезопористих матеріалів у яких порожнини займають не менше 50 % об’єму. Як правело цей відсоток досягає 90 – 99, а густина становить від 1 до 150 кг/м3. За структурою аероголі представляють собою деревовидну мережу з об’єднаних у кластери наночастинок розміром 2 – 5 нанометрів і пір розмірами до 100 нанометрів.Аероголі представляють собою гель, у якому рідка фаза повністю заміщена газоподібною. Поширені аероголі на основі аморфного діоксиду кремнію, а також оксидів хрому та олова.
Кластери – багатодерна комплексна сполука, в основі яких лежить об’ємний скелет з атомів металів, зв’язаних між собою.
Мезопористі матеріали – пористий матеріал, структура якого характерезується наявністю порожнин або каналів з діаметром в інтервалі.
3. Види аерогелей:
1. Кварцеві аероголі є дуже добрими теплоізоляторами. Цей процес виробництва є складний і трудомісткий:
а) Спочатку за допомогою хімічних реакцій гель полімеризується. Ця операція займає кілька діб і на виході виникає желеподібний продукт. Пізніше із цього желеподібного продукту видаляється вода. Повне її видалення – запорука успішності всього процесу.
б) Наступний крок – «суперкритичне» висихання. Воно проводиться в автоклаві при високому тиску і температурі в процесі бере участь зріджений вуглекислий газ.
2. Вуглецеві аероголі скаладаються з частинок з розмірами в нанометровому дапазоні, ковалентно зв’язані один з одним. Вони мають дуже високу пористість (більше 50 % з порами діаметром менше 100 нанометрів) і площею поверхні в діапазоні від 400 – 1000 м2/м. Вони часто випускаються в складі паперу: нетканий папір, виготовлений з вуглецевого волокна, просоченого резорцином формальдегідного аероголю і піроліз.
3. Кремнеземні аероголі складаюься з окиду алюмінію з домішками інших металів, використовуються як каталізатори. Кремнеземні аероголі мають дуже низьке значення щільності в області 0,18 - 0,35 г/см3. Для того щоб виготовити цей вид аероголей потрібно замінити більшу частину води в гелі спиртом.
4. Халькогелі селективно отримують важкі метали з розчинів, містить суміш суміш іонів металів. Халькогель сорбує 99,9 % ртуті з розчину і всього лише 40 % цинку. Така унікальна здатність до хемадсорбції потенційно може знайти застосування в різних областях – від очищення води до видалення залешків важких металів з продуктів органічного синтезу, отриманих за допомогою гемогенного металлокомплексного камалізму.
5. Застосування :
1.За допомогою аерогелю можна виготовити легкий зимовий оодяг, який буде ефективно зберігати тепло при мінімальній товщині;
2.використовують для захисту космічних кораблів від нагріву, що виникає в результаті тертя космічного корабля та земної атмосфери при посадці, використовується аерогель для теплоізоляції в марсоходах і космічних скафандрах;
3.аерогелі є електропровідні і можуть використовуватися як електроди в конденсаторах;
4.може використовуватися як загусник в деяких фарбах і косметиці;
5.перше житлове використання, як діалектрика.
https://www.slideshare.net/secret/jAZssAZPqICW9o
Презентація "Гарячий лід"
https://www.slideshare.net/secret/iMFK3T65eWcTTw
«Складна проста речовина»
1.Що таке алотропія?
Алотропія – це явище, коли хімічний елемент існує у вигляді двох або кількох простих речовин. Алотропічні видозміни мають такі елементи: Оксисен(О), Фосфор (Р), Сірка (S), також до таких речовин можна віднести Бор (В).
2. Бор борид.
Новим алотропічним з’єднанням Бору – це бор борид. Його хімічна формула – В28, його можна отримати тільки при тиску не менше 190000 атмосфер і температурі 1400 oC.
3. Будова
На відміну від відомих великих молекул, які утворені одним елементом (наприклад фулеренів), де всі атоми рівноправні, тут є дві відмінні структурні одиниці: кластер B12 і кластер B2, які, чергуючись, формують кристалічну решітку, схожу за формою на хлорид натрію. Один осередок такої системи нараховує в сумі 28 атомів бору, в загальній структурі між ними відбувається перенесення заряду, як це було б між двома різними хімічними елементами. В даний час відомі чотири алотропні модифікації бору: ромбоедрична α-B12 , ромбоедрична β-B106, тетрагональ-
ний Т-B192 і ромбічний γ-B28.
4. Фізичні властивості
Внаслідок нерівномірного розподілу заряда в кристалічній решітці борид бора і має особливі значення фізичних властивостей: діелектрична проникність, можливість до поглинання інфрачервоного випромінювання і інших.
5.Хімічні властивості
В отриманому з’єднанні атоми Бора частково іонізовані, оскільки в кластерах В12 і В2 атоми знаходяться в різному електронному стані, причом між цими станами вібувається нерівномірний перерозподіл електронної густини (заряда). Атоми в кластерах В12 виступають в ролі аніонів, а в кластерах В2 – в ролі катіонів. Що можливо відбудуться такі реакції:
1. Mg2+ + B12- 
Mg B24
Mg B24
2. Al3+ + B12- Al B36
Al B36
Тому що алотропічні видозміни Бору мають кристалічну решітку, яка є подібною до NaCl. Однак Бор(ІІІ) здатний утворювати різні сполуки не дотримуючись правил валентності: YB66, B6O, NaB15, B15P2, B13P2, AlC4B40, B50N2 , тому передбачити, які при взаємодії утворяться сполуки важко.
6.Якими хімічними елементами утворена складна проста речовина?
Хімічні елементи досить часто можуть бути представлені у вигляді декількох простих речовин, наприклад, Карбон існує у вигляді алмаза, графіта, наноалмаза, лонсдейліта, фулеренів, графена і нанотрубок. Однак у них атоми одного елемента абсолютно рівноправні.
Презентація "Проста складна речовина"
https://www.slideshare.net/secret/FQYaNor7HI6bw
Хімія в нанаокраплях.
1.Наночастинки
Як це не парадоксально звучить,але основи нанотехнологій було закладено саме у хімії мийних додатків,що є сульфоналами чи алкіл саліцилатами лужноземельних металів.
Детергентно-диспергуючі додатки- неєдиний і навіть не перший продукт нафтохімії, що стосується наночастинок і нанотехнологій.
Відомі нині типи наночастинок і наносистем. Каркаси мильних загусників мастил розміщуться у рядку відведеному для тонких волокон, а надлужні та деякі інші глобулярні загусники- у рядку, відведеному для міцел.
Найпоширеніші мастильні матеріали -оливи і мастила – є наноситемами, в яких дисперсійним сереовищем слугує неполярна олива, а дисперсною фазною- як окремі наночастинки, так і повязані між собою наночастинки, що утв. єдиний карказ. У цих системах трапляються різні за хім.складом і будовою наноструктури.
2.Що таке ПАР?
Поверхнево активні речовини(ПАР)- це хімічні речовини, що знижують поверхневий натяг рідини, полегшуюи розтікання і знижуючи поверхневий натяг на межі двох рідин.
Поверхнево активні речовини- зазвичай амфіфільні органічні сполуки( термін амфіфільні означає,що вони містять як гідрофільні групи(хвости), так і гідрофобні групи(головки). Через таку будову вони розчиняються, як у неполярних жирах і органічних розчинниках, так і в полярних середовищах(воді). ПАР у синтетично миючих засобах (СМЗ):
Na + C17H35COO - ; Na + C12H25C6H4SO3 - .
3.Нанорозміри міцел
Більшість дослідників наночастинками вважають тіла, еквівалентний розмір яких (діаметр сфери, об’єм якої дорівнює об’ємові частинки) знаходиться в межах наноінтервалу:
d = 1…100 нм.
Окремі автори допускають коливання цього інтервалу від 0,1 до 1000 нм і більше, оскільки його межі детермінуються тим, що будь-яка властивість наночастинки в ньому специфічно залежить від її маси.
Із розмірами пов’язані і такі властивості наносисетм як зміна температури фазових перетворень, розчинність, зміщення хім. Рівноваги. Тобто розмір наночастинки є активною змінною, яка разом з іншими термодинамічними параметрами визначає стан системи і її реакційну здатність Хімія наночастинок і наносистем, або нанохімія, має багато спільного з колоїдною хімією. Розміри наночастинок у класиному наноінтервалі збігаються з розмірами частинок в ультрадисперсних колоїдних системах.
4.Використання ПАР
На сьогодні більше половини продуктів нафтохімії отримують з використанням нанотехнологічних процесів. Межу між класичними і нанотехнологіями можна встановити за змінами величин термодинамічних параметрів, які у перехідній області є функцією розмірів частинок дисперсної фази. Нанопідходи до вивчення мастильних матеріалів дуже плідні, вони дають змогу краще розуміти процеси, що відбуваються в оливах і мастилах, механізми дії багатьох додатків до них і, отже, сприяти поліпшенню якості мастильних матеріалів і підвищенню ресурсу роботи машин і механізмів, для яких вони створені. Межу між класичними і нанотехнологіями можна встановити за змінами величин термодинамічних параметрів, які у перехідній області є функцією розмірів частинок дисперсної фази.
5.Що таке міцели?
Колоїдно-дисперсні часточки виникають при достатній концентрації дифільних молекул низькомолекулярних речовин за допомогою асоціації їх в агрегати молекул - міцели - сферичної або пластинчастої форми.
Міцели - це скупчення правильно розміщених молекул, що утри-муються переважно дисперсійними силами.
6.Хімічні реакції всередині міцел?
Стабільні олеодисперсії дисульфіду молібдену і графіту отримують за такою спрощеною схемою: водні дисперсії зазначених речовин диспергують в олеофазі-розчині поверхнево активних речовин у суміші оливи та легких вуглеводнів, внаслідок чого утв. Трифазна дисперсія: тверде тіло- олива(S/W/O) з розвиненими між фазовими поверхнями.
Маємо трифазну систему. Вихідні фази мають такий склад:
1. Фаза W-M: Вода + CH3OH + Ca(OH)2(L) + Ca(OH)2(S);
2. Фаза О: Олива + Толуол(C6H5-CH3 - метилбензол) +ПАР;
3. Фаза G: CO2 .
До малюнка…..
У разі отримання тиксотропного надлужного сульфонату кальцію трифазна зворотна
емульсія є дисперсною системою, в якій дисперсна фаза – це краплі водно-метанольної суміші, розподілені в неполярній рідині – розчині сульфонату кальцію в оливно-толуольній
суміші. На величину крапель впливають швидкість перемішування, температура, природа і кількість ПАР.Розмір крапель водно-метанольної суміші становить близько 100 нм. Маючи дифільну природу, метанол мігрує між двома фазами (W-M/O), знижуючи міжфазовий натяг аж до величин, характерних для міцелярних розчинів, і зменшує краплі W-M-фази до гранично малого розміру. Такі краплі зворотної емульсії можна розглядати як мікро/нанореактори, в яких утворюється нова фаза . Розміри частинок,що утворюються в мікро/нанореакторі, обмежуються розміром краплі. Мікро/нанореактори запускаються з
початком введення у систему W-M/O вуглекислого газу СО2.
У мікронанореакторах і за їх межами відбуваються
такі процеси:
такі процеси:
I стадія. Дифузія CO2 в W-M-фазу:
CO2 + H2O = H2CO3;
Ca(OH)2 (L) + H2CO3 = CaCO3 (L) + 2H2O;
Ca(OH)2 (S)-дисперсний + H2CO3 = CaCO3 (S)-плівка + 2H2O
II стадія. Формування кристалів:
CaCO3 (L)-пересичений розчин +CaCO3 (S)-плівка = CaCO3 (S)-ядро
III стадія. Дифузія ПАР у W-M-фазу:
Солюбілізація ПАР молекулами CH3OH.
Дифузійне перенесення солюбілізованої ПАР у W-M-фазу.
IV стадія. Утворення надлужних міцел у W-M-фазі:
Сорбція полярних фрагментів ПАР на поверхні новоутворених частинок CaCO3 (S).
V стадія. Дифузія міцел надлужного сульфонату кальцію в O-фазу.
Презентація "Хімія в нанокрапях"
Немає коментарів:
Дописати коментар