Взаимосвязь размера и состава частиц
В большинстве золей, которые состоят из дискретных сферических частиц аморфного кремнезема, внутренняя часть частиц представляет собой безводный Si02 с плотностью 2,2 г/см3. Поверхностные атомы кремния несут ОН-группы, причем последние остаются на поверхности в том случае, когда кремнезем высушивается для удаления свободной (физически адсорбированной) воды.
Зависимость состава частиц от их размера может быть полностью рассчитана из геометрических соотношений и плотностей компонентов. Пусть:
Tit — полное число атомов кремния в частице;
Ns — число атомов кремния на поверхности частицы;
D — диаметр безводной частицы, нм;
Dh — диаметр гидроксилированной частицы, нм;
2 Заказ № 200
Х = njnt — отношение числа групп SiOH к полному числу атомов Si при допущении, что одна ОН-группа приходится на один поверхностный атом кремния;
W — масса одной безводной частицы Si02, г;
Wh — масса одной частицы с гидроксилированной поверхностью, г;
Р — среднее число атомов кремния, размещающихся па диаметру частицы.
|
21 |
Были использованы следующие уравнения:
Л
П< = 1тР
60 - tit „ „ я. , 6-1023 = ' ' 10
Я,= ll,5d3 = 0,524p3
ИЛИ
P = 2,80d = 1,24м'/3
Х = 2,14d~' — l,53d~2 + 0,36d™3
Содержание гидроксильных групп, выраженное в масс.%, воды, составляет
°/о нгО = 32сГ1 - 23d~2 + 5,45d~3
Состав частицы можно записать в виде Si„Oa(OH)&, где 2а—b = 4ri. Тогда состав, как функция диаметра безводной частицы, определится уравнениями
П= 11,5d3
А = 23d3 — 12,3d2 + 8,8 d — 2,09
B = 24,6rf2— 17 fid + 4,18
Концентрации гидроксильных групп, отнесенные к одному квадратному нанометру, а также отношения содержаний ОН : Si и О : Si в одной частице представлены ниже:
|
П |
D, им |
Нм |
ОН : Si |
О : Si |
ОН, (нм) ' |
|
8 |
0,89 |
1,0 |
0,99 |
1,51 |
2,9 |
|
40 |
1,52 |
1,7 |
0,85 |
1,57 |
4,3 |
|
100 |
2,03 |
2,2 |
0,72 |
1,64 |
5,0 |
|
ЗП |
3,0 |
3,2 |
0,55 |
1,72 |
5,7 |
|
1 438 |
5,0 |
5,2 |
0,37 |
1,82 |
6,5 |
|
1 500 |
10,0 |
10,2 |
0,20 |
1,90 |
7,2 |
|
Со |
Оо |
Оо |
0 |
2,0 |
7,8 |
Как обсуждается в гл. 6, в аморфном кремнеземе описанной выше структуры некоторые из поверхностных атомов кремния расположены выше, а некоторые — ниже по отношению к средней поверхности сферической частицы. Тогда поверхностная концентрация групп ОН, находящихся на выше расположенных, внешних атомах кремния, приближается к значению 4,6 (в расчете на 1 нм2). Однако на поверхности очень небольших частиц, например меньших 5 нм, концентрация, вероятно, приближается к указанным выше значениям.
