Адсорбционные свойства алмазов

Алмазы обладают высокой поверхностной энергией и вследствие этого имеют значительную адсорбционную активность по отношению ко многим соединениям (рисунки 1.3 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 / Р ₀ – относительное давление

Рисунок 1. 4 – Ттипичные изотермы описывающие физическую

адсорбцию паров воды (полярное соединение) алмазным порошком S ₀ = 20 м²/г

Адсорбция кислорода на поверхности алмазов зависит от условий их получения, обработки и хранения, степени дефектности поверхности и составляет от 80 · 10^-6 до 430 · 10^-6 моль/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 ∫ ln P / Р _нас dn, мДж/(моль · см²) (1.3)

где n – 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−С₉ согласно 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 g адсорбция осуществляется из растворов жирной кислоты концентрацией (10–13) 10^-4 моль/л при температуре 290–298 К. Адсорбированное количество измеряется либо алкалиметрическим титрованием, либо методом десорбции СCl₄ с последующим анализом экстракта методом ИК-спектроскопии. Чем более гидрофобна поверхность алмазов, тем больше на ней адсорбируется жирной кислоты и выше величина g. По возрастанию степени гидрофобности алмазы располагаются в следующий ряд: АС2, АС4, АС6, АС15, АС32 (рисунок 1.5).

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 величины g в качестве критерия степени шероховатости (дефектности) поверхности алмазов это обстоятельство необходимо учитывать [3].

Дата добавления: 2015-07-13