Komplex vnitřní sféry - Inner sphere complex
![]() | tento článek poskytuje nedostatečný kontext pro ty, kteří danému tématu nejsou obeznámeni.Červen 2019) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
Komplex vnitřní sféry je typ povrchového komplexu, který odkazuje na povrchovou chemii měnící rozhraní voda-povrch na jednu bez přemostění molekul vody a ligand do ion kovu. K tvorbě komplexů vnitřní koule dochází, když ionty vázat přímo na povrch bez zásahu molekuly vody. Tyto typy povrchových komplexů jsou omezeny na ionty, které mají vysokou afinitu k povrchovým místům a zahrnují specificky adsorbovaný ionty, které se mohou vázat na povrch kovalentní vazba.
Komplexy vnitřní koule popisují aktivní povrchová místa, kterých se účastní nukleace, růst krystalů, redoxní procesy, chemie půdy, spolu s dalšími reakcemi probíhajícími mezi a kation a povrch.[1] Tuto afinitu k povrchovým místům lze přičíst kovalentní vazbě.
Ve srovnání s komplexy vnější koule, které mají molekuly vody oddělující ionty od ligandů, mají komplexy vnitřní koule povrch hydroxyl skupiny, které fungují jako -dárce ligandy, což zvyšuje koordinaci ion kovu je elektronová hustota.[2] Toto je příklad tvorby kompetitivního komplexu, ve kterém budou ligandy soutěžit o prostor na aktivační stránka kovového iontu.
Povrchové struktury jsou schopné redukovat a oxidovat ligandy, zatímco transportní jevy nikoli. Povrchová struktura proto hraje důležitou roli v povrchové reaktivitě, přičemž koordinační prostředí na rozhraní pevné látky a vody mění intenzitu nebo rychlost reakce.[1]
Smáčení
Jednou z metod k dosažení komplexů vnitřní koule je smáčení:[2] jev, kdy jedna tekutina, známá jako smáčedlo, nahrazuje na povrchu jiné médium, například vodu nebo vzduch. V případě a pevná voda na pevná látka-kapalina rozhraní se kapalina šíří za účelem zvýšení pevná látka-kapalina a kapalný plyn mezifázová oblast, a výsledkem je zmenšení mezifázové a tuhé vodní plochy.
Rozpínací koeficient kapaliny je popsán v Gibbova volná energie přes oblast[3]
Gibbova volná energie je spontánní, pouze když S je kladné nebo nulové.
Další metodou smáčení je adhezní smáčení, kde kapalina poprvé přichází do styku s pevným povrchem. Toto počáteční smáčení však snižuje rozhraní kapalina-plyn, které lze modelovat pomocí Dupré rovnice[3]
Nebo revidovanou Dupré-Youngovou rovnicí
Ponorné smáčení, které má kovový iont zcela ponořený v roztoku kapalného ligandu, nemá změnu rozhraní kapalina-plyn. Tuto reakci lze modelovat pomocí[3][4]
Z těchto modelů mohou být kovové ionty ovlivňovány kontaktním úhlem a ve výsledku jsou komplexy vnitřní koule ovlivňovány smáčedly a smáčecími postupy.[4]
Sorpce a adsorpce ligandů na oxidy kovů
Příklad sorpce ligandů se vyskytuje v oxidy kovů a silikátové povrchy. Na minerálním povrchu působí kovový iont jako a Lewisova kyselina a ligandy působí jako Lewisova báze.[2] U ligandů, které mají protony, závisí sorpce na pH.
V případech, kdy ligandy ovlivňují povrchovou koordinaci prováděním redoxní reakce, se sorpční jev označuje jako adsorpce.[2] To je zvláště důležité, protože různé povrchy a ligandy mají různou redoxní intenzitu, která může katalyzovat různé reakce.
Rozpouštění oxidů
Když je vystaven vodě, oxid kovu, který byl dříve komplexem vnitřní koule, bude nasycen vodou, což je známé jako rozpouštěcí reakce.[5] To lze pozorovat také v případech, kdy jsou přítomny také hydroxylové skupiny.
V rámci těchto reakcí se uvažuje o pH, ale symetrická molekulární adsorpce vody je považována za nestabilní a má vysokou aktivační energii.
Výsledkem je, že krok určování rychlosti závisí na rozbití kritické oxo vazby, která může zvýšit indukční účinky změnami hustoty elektronů. To způsobí nukleofilní útoky a další rozpuštění.[5]
Aplikace v chemii půdy
Sorpční reakce komplexů vnitřní sféry jsou použitelné při transportu a zadržování stopové prvky v půdních systémech.[6] Zejména sorbentové materiály vyskytující se v přírodě jsou často komplexy vnitřní koule s oxidy kovů.
V přírodě je to zvláště důležité pro cyklování železa a manganu, protože oba jsou ovlivňovány redoxním potenciálem jejich prostředí pro zvětrávání nastat.[2] Oxoaniony jako může bránit rozpouštění a zvětrávání těchto kovů. Reduktivní rozpouštění v těchto prostředích může trvat déle nebo může vůbec neexistovat. Pochopení toho však vedlo k většímu využití oxoanionů v zastavěných prostředích, kde je třeba omezit korozi a povětrnostní podmínky.[2]
Ionová velikost centrálního kovu a anorganických ligandů také hraje roli při zvětrávání. Kovy alkalických zemin mají sníženou sorpci, protože jejich velikost iontů se zvyšuje v důsledku snížené afinity k aniontovým nábojům, což ve výsledku zvyšuje jejich mobilitu zvětráváním.[7]
U nepolárních ligandů van der Waalsovy síly místo toho hrají větší roli v sorpčních interakcích. Vodíková vazba také se vyskytuje, ale není součástí samotného adsorpčního procesu.[8] Kvůli těmto faktorům ovlivňuje kvalita půdy retenci a vyčerpání živin, znečišťujících látek a dalších ligandů, které provádějí sorpci s půdou.[8]
Obecně se nabitý povrch kovového iontu může nabít prostřednictvím krystalické nedokonalosti, chemické reakce na povrchu nebo sorpce na povrchově aktivním iontu.[6] Jílové minerály jsou příkladem těchto interakcí a jako takové mohou vysvětlit chemická homeostáza V oceáně, biogeochemický cyklování kovů, a dokonce ukládání radioaktivního odpadu.[9]
Ve strojírenských aplikacích mohou jílové minerály podporovat sodík ion adsorpce v těžba ropy, spolu s vytvářením ekologických vložek prostřednictvím vývoje a zadní vrstva.[9]
Kromě toho lze sanaci vody také považovat za vedlejší produkt komplexů vnitřní koule nacházejících se v jílu a jiných minerálních komplexech.[10] Předpokládá se, že k tomu dochází v důsledku srážení kov-kov, například v případě železo-arsenu. Avšak i v tomto případě může pH výrazně ovlivnit účinnost vazby na povrch.
Reference
- ^ A b Huntsberger JR (1. května 1975). „Povrchová chemie a adheze - přehled některých základů“. Journal of Adhéze. 7 (4): 289–299. doi:10.1080/00218467608075060.
- ^ A b C d E F Stumm W (5. května 1995). „Vnitřní povrchový komplex“. Vodní chemie. Pokroky v chemii. 244. s. 1–32. doi:10.1021 / ba-1995-0244.ch001. ISBN 0-8412-2921-X.
- ^ A b C Shaw DJ (1992). Úvod do koloidní a povrchové chemie. Velká Británie: Butterworth Heinemann. str.151 –159. ISBN 07506-11820.
- ^ A b Pashley RM, Karaman ME (2004). Aplikovaná koloidní a povrchová chemie. Velká Británie: John Wiley & Sons, Ltd. s. 8–9. ISBN 0-470-86882-1.
- ^ A b "Index". Recenze koordinační chemie. 189 (1): 279. srpna 1999. doi:10.1016 / s0010-8545 (99) 00205-2. ISSN 0010-8545.
- ^ A b Smith KS (1999). "Sorpce kovů na minerálních površích: přehled s příklady týkajícími se minerálních ložisek". Recenze v ekonomické geologii. 6A a 6B: 161–182. CiteSeerX 10.1.1.371.7008.
- ^ "Úvod do sorpce chemických složek v půdě | Learn Science at Scitable". www.nature.com. Citováno 2019-11-16.
- ^ A b Goldberg, Sabine (říjen 2014). „Aplikace modelů komplexace povrchu na adsorpci aniontů přírodními materiály: Modelování komplexace povrchu aniontové adsorpce půdami“. Toxikologie prostředí a chemie. 33 (10): 2172–2180. doi:10.1002 / atd. 2566. PMID 24619924.
- ^ A b Sposito G, Skipper NT, Sutton R, Park S, Soper AK, Greathouse JA (březen 1999). "Povrchová geochemie jílových minerálů". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 96 (7): 3358–64. Bibcode:1999PNAS ... 96.3358S. doi:10.1073 / pnas.96.7.3358. PMC 34275. PMID 10097044.
- ^ Aredes, Sonia; Klein, Bern; Pawlik, Marek (červenec 2012). "Odstranění arsenu z vody pomocí přírodních minerálů z oxidu železa". Journal of Cleaner Production. 29-30: 208–213. doi:10.1016 / j.jclepro.2012.01.029.
Další čtení
- Sverjensky DA, Fukushi K (srpen 2006). „Prediktivní model (ETLM) pro adsorpci As (III) a povrchovou speciaci na oxidy v souladu se spektroskopickými údaji“ (PDF). Geochimica et Cosmochimica Acta. 70 (15): 3778–802. Bibcode:2006GeCoA..70.3778S. doi:10.1016 / j.gca.2006.05.012.