Определение кислотно-основных свойств поверхности

Для определения содержания кислотно-основных центров с одновременным установлением их силы, использовался метод неводного титрования этих центров раствором паратолуолсульфокислоты и едкого натра.

В качестве растворителя использовался ацетон, являющийся индеферентным растворителем с большой дифференцирующей силой. В отличие от воды, имеющей ионное произведение, равное 14, логарифм константы сольволиза ацетона равен 26, т.е. шкала рН или рС для органического растворителя растягивается с 14 до 26. Причем для ацетона имеет место удачная величина разбега ЭДС при переходе от сильных кислот к сильным основаниям, равной ≈1400, то есть имеется возможность прямой корреляции значения ЭДС полунейтрализации кислоты и основания со значением рК или функции Гаммета при условном переносе ее значений для водной среды.

В качестве электрода сравнения используется хлорсеребряный электрод, заполненный насыщенным спиртовым раствором хлористого калия. В качестве рабочего электрода - стеклянный электрод марки ЭСЛ – 061. В промежутке между экспериментами стеклянный электрод регенерируется в слабом водном растворе соляной кислоты.

При потенциометрическом титровании значения рН и рК связаны уравнением:

, (1)

где а А – активность диссоциированной кислоты;

а АН – активность недиссоциированной кислоты.

Аналогичная зависимость и для рКВ. Обычно рК может быть установлено по величине рН, соответствующей полунейтрализации, то есть когда обращается в 0. Однако это относится к водным растворам и хотя уравнение справедливо и для неводных систем, но практически, воспользоваться им затруднительно из-за неопределенности значения pH переходящего в pL (концентрация ионов лиония (CH3-CO-CH3H+)). Как видно, pK связано со значением потенциала в точке полунейтрализации.

Приборы и оборудование:

– pH-метр

– Измерительная система, состоящая из: хлорсеребряного электрода сравнения, заполненного насыщенным спиртовым раствором хлорида калия, платинового электрода, термокомпенсатора.

– Магнитная мешалка.

– Стеклянный стакан вместимостью 50 см3.

– Варипипетка.

Материалы и реактивы:

– пара-Толуолсульфокислота

– Ацетон (ГОСТ 2603–79)

– Едкий натр (ГОСТ 2263-79)

– Спирт этиловый (ГОСТ 5964–82)

Ход определения:

0,5 г исследуемого пигмента, взвешенного с точностью до 0,01г, вносили в стакан вместимостью 50 см3. Добавляли 30 мл ацетона и помещали стакан на магнитную мешалку. Электродную систему погружали в стакан с суспензией и включали перемешивание.

После установления значения потенциала снимали начальное показание милливольтметра. Затем порциями добавляли титрант в суспензию исследуемого пигмента. После добавления каждой порции титранта необходимо регистрировать значения потенциала. Титрование заканчивали, когда добавление нескольких порций титранта к суспензии не приводило к изменению потенциала.

По результатам была построена кривая зависимости потенциала от объема добавленного титранта. Силу основных центров находили по кривой титрования пара-толуолсульфокислотой. Для этого определяли потенциалы полунейтрализации основных центров, и рассчитывали для них функцию Гаммета по уравнению:

(2)

где E – ЭДС, соответствующая полунейтрализации данного основного центра, мВ.

Для расчета силы кислотных центров предварительно проводилось титрование раствора пара-толуолсульфокислоты в ацетоне раствором едкого натра в этиловом спирте. По полученной в результате титрования кривой находили значение потенциала полунейтрализации. Значение функции Гаммета при этом потенциале принимают равным 7. Используя линейность зависимости функции Гаммета от потенциала, значение функции Гаммета вычисляется по формуле:

Но/dЕ = 0,01, (3)

Концентрация кислотных (основных) центров на поверхности вычисляли на основании (дифференциальной) кривой титрования по следующей формуле:

, (4)

где С – концентрация кислотных (основных) центров, мкмоль/г;

Cт – концентрация титранта, моль/дм3;

V – объем титранта, соответствующий точке эквивалентности, см3;

m – масса пигмента, г.

Определение размера частиц и распределения по размерам полученных дисперсий и диоксида титана, производилось с помощью прибора Nanotrack Ultra 151.

Суть данного метода определения размеров частиц заключается в регистрации рассеяния света частицами (дифракционная картинка), при этом угол рассеяния света универсально пропорционален размеру частиц.

Рассеянное частицами излучение регистрируется под разными углами с помощью высокочувствительного многоэлементного кремниевого детектора – фотодиодной матрицы. Излучение полупроводниковых лазеров с помощью линзы фокусируются в плоскость детектора, проходя при этом через измерительную кювету в которой осуществляется проток анализируемой суспензии, эмульсии или сухого порошкообразного материала.