Іони ОН? на поверхні оксиду алюмінію поводять себе як бренстедовські кислоти, здатні до протонізації.

Якщо в процесі дегідратації два сусідні іони ОН? об’єднуються з виділенням Н2О, то на поверхні цієї ділянки утворюються кислотний і основний центри по схемі I:

H H

\ /

OH OH O? O+ O?

| | | | |–

Al – O – Al – O – Al+ – O – Al – – O – Al – O – Al – I

1 2 3 4

де 1 – льюісовський кислотний центр;

2, 4 – основні центри;

3 – бренстедівський центр.

Вже саме існування активних центрів різної природи передбачає відмінності у взаємодіях реагентів різної хімічної природи (як органічних, так і неорганічних) за участю твердої поверхні Al2O3.

Льюісовський кислотний центр являє собою не цілком координований атом алюмінію, утворюваний при дегідратації поверхні, а слабкий бренстедовський центр – центр типу Льюіса, але після адсорбції ним молекули Н2О. Основні центри можна розглядати як негативно заряджені атоми кисню.

Досить інформативним методом дослідження для цих об’єктів є ІЧ-спектроскопія. Інтерпретація спектрів базується на твердженні (Кнозінгер), що розташування смуг поглинання валентних коливань структурних гідроксильних груп поверхні визначається числом і координацією зв’язаних з ними атомів алюмінію.

Однак перекриття цих смуг, особливо в спектрах зразків Al2O3 з сильно гідроксильованою поверхнею, суттєво обмежує можливості цього методу в аналізі структури поверхні.

Шляхом дослідження взаємодії молекул піридину, СО та деяких інших сполук, здатних взаємодіяти з кислотними центрами поверхні, нагромаджена значна інформація щодо будови і властивостей ЛКЦ [29].

Для поверхні г-Al2O3 (рис. 1) виділяють п’ять типів ізольованих гідроксильних груп з різною конфігурацією оточення. П’ять максимумів поглинання, що спостерігаються в ІЧ-спектрі біля 3800, 3780, 3744, 3733 і 3700 см-1, пов’язують з місцями А, Г, Б, Д і В. Кожний із центрів має різну локальну густину заряду: центр А з чотирма іонами О2? в якості найближчих сусідів є найбільш негативними (основний центр), а центр типу Б, що не має сусідів, є найбільш позитивним (кислотний центр).

Рис. 2.1. Будова поверхні АІ2О3

Ще складніша картина спостерігається в алюмосилікатах, де залежно від умов можуть існувати структури із змішаним скелетом:

OH

|

– Al – O – Si – O – Al – II

| | |

OH OH OH

Як приклад неорганічних полімерів, вони мають унікальні властивості, що до цього часу до кінця ще не вивчені через їх складність.

На відміну від наведеної схеми (II) складні оксиди можуть мати і іншу будову. Залежно від способу одержання, вони можуть включати як окремі фази, так і утворювати структуру складних оксидів типу кополімерів, що ілюструє рис. 2.2.

Рис. 2.2. Принципова схема оксидних систем:

а) суміш АІ2О3 + SiO2; б) складний оксид (АІ2О3 - SiO2).

Звичайно, за рахунок водневих зв’язків ми за іншими механізмами наночастинки таких оксидів здатні формувати ланцюжкові утворення, розміри яких можуть на один-два порядки перевищувати їх розміри, однак завжди можна створити необхідні умови для досягнення наступного їх рівномірного розподілу у відповідних середовищах. Таким чином, структурні ОН-групи залишаються доступними для взаємодій з молекулами середовища і активно впливати на структуроутворення та інші властивості згущуваних чи наповнюваних систем.

Як вважають вчені [30] роль води в таких процесах може бути як позитивною, так і негативною. Залежно від величини поверхні (Sпит.) і, особливо, залежно від температури активний оксид алюмінію поглинає воду у вигляді іонів ОН? або молекул H2O. Як показують виконані останнім часом дослідження [31], такі процеси можуть служити як засіб активування поверхні. Причому, як при модифікуванні Al2O3 різними сполуками, так і модифікування інших оксидів сполуками алюмінію. Автори роботи [30], модифікуючи пористий діоксид силіцію (5г) з Sпит = 520 м2/г триетоксидом алюмінію (11,2г) [(AlOC2H5)3] в ізопропанолі по традиційній методиці [31], одержали зразки, в ІЧ-спектрах яких записаних на “Prot?g? - 460” в діапазоні 1400-400 см-1, спостерігається три піки (1250, 1000-900 і 500), які характерні відповідно до поверхневих груп і каркасу – Al – O – Si – O –. Очевидно мають місце процеси:

n ?SiOH + Al3+(OAlk)3 > (?SiO)n Al3+(OAlk)3-n + n AlkOH

гідроліз утвореної сполуки:

(?SiO)n Al3+(OAlk)3-n + (3 – n) H2O (?SiO)n Al3+(OH)3-n

і обезводнення при 100-120?С:

(?SiO)n Al3+(OH)3-n (?SiO)n Al3+O2 + (3-n)/2H2O

Такі матеріали актуальні не лише для хроматографії чи при вирішенні інших наукових проблем, але широко впроваджуються в практику.

Прикладом може служити [28] застосування препаратів Al2O3 як носіїв ферментів, біологічних клітин, активних речовин і лікарських препаратів, а також ефективних засобів для гемо-, ентеро-, вульнеросорбції, косметології та при вирішенні екологічних проблем.

Розділ 3

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

На підставі зробленого аналітичного огляду літератури з даної проблематики ми дійшли висновку, що способи одержання Al2O3 такі ж багатоманітні як і його форми. Виходячи з цього ми зосередили увагу на тих методах, які здатні забезпечити високу дисперсність одержаного продукту. Таким чином, зразу відмовились практично від рідкофазних методів з їх багатьма стадіями, циклами і побічними продуктами у вигляді шламів і стічних вод, які хоч і мають широке практичне застосування, але поступово втрачають