Кислотно-основные центры разной природы

Согласно современным представлениям поверхность твёрдого вещества содержит совокупность центров Льюиса и Бренстеда как кислотного, так и основного типа. Принадлежность к льюисовскому (апротонному) типу определяется наличием акцепторного или донорного поверхностного состояния, локализованного на не полностью координированных атомах. Льюисовский кислотный центр представляет собой вакантный уровень металла (Me⁺), способный акцептировать электронную пару. Основные центры Льюиса образованы двухэлектронными орбиталями атома кислорода (MeО-) и могут вступать в химическое взаимодействие по донорно-акцепторному механизму с передачей электронной пары на вакантный энергетический уровень адсорбированной молекулы. Кислоты и основания Бренстеда образуются в результате адсорбции молекул воды или её фрагментов на соответствующих центрах Льюиса (MeO-H⁺ и Me-OH-) [70, 71, 72]. Твёрдой кислотой по Бренстеду может быть названо твердое тело, обладающее способностью отдавать протон, а бренстедовским основанием твердое тело — акцептор протонов. Для более полной характеристики кислотно-основных свойств твёрдой поверхности необходимо знать количество активных центров, приходящихся на единицу массы или поверхности исследуемого вещества, распределение этих центров по силе и типу. Количество центров кислотной и основной природы на поверхности сульфидов и изготовленных на их основе электролюминофоров в значительной степени определяет закономерности межфазных взаимодействий и процессов структурообразования в дисперсных системах [22].

Кислотная сила центров Льюиса и Бренстеда, а также концентрация могут являться характеристикой реакционной способности поверхности. Кривые распределения центров адсорбции (РЦА) на поверхности позволяет установить, на которых из них протекают те или иные физико-химические процессы, ответственные за проявление конкретных свойств. Направленное изменение кислотной силы и концентрации активных центров может приводить к различному поведению, как исходного сырья, так и готовых продуктов.

Методы исследования кислотно-основных свойств

Существует несколько различных методов исследования поверхностной кислотности твердых тел, однако, большинство из них связано в той или иной форме с адсорбцией (ионный обмен, потенциометрическое титрование, адсорбция газообразных реагентов, методы оптической и ИК — спектроскопии, индикаторный метод).

В общем случае, все методы определения кислотности и основности поверхности можно разделить на три большие группы. Первая включает в себя методы, основанные на ионном обмене и адсорбции из водных сред. Вторая группа методов основана на адсорбции на поверхности твердого тела слабых кислот и оснований из неводных сред. Третья группа методов — адсорбция кислот и оснований из газовой среды.

Нами в работе применены методы pH — метрии и адсорбции индикаторов Гамета. При исследовании общей кислотности поверхности была использована следующая методика pH — метрического изучения порошков оксидов и фторидов ЩЗМ.