İç küre kompleksi - Inner sphere complex

Kafanı karıştırmamak İç küre elektron transferi.

İç küre kompleksi su-yüzey arayüzünü su molekülleri arasında köprü oluşturmayan bir arayüze değiştiren yüzey kimyasını ifade eden bir tür yüzey kompleksi. ligand için metal iyonu. İç küre komplekslerinin oluşumu, iyonlar müdahale etmeden doğrudan yüzeye bağlanın su molekülleri. Bu tür yüzey kompleksleri, yüzey bölgeleri için yüksek afiniteye sahip olan iyonlarla sınırlıdır ve özellikle adsorbe edilmiş yüzeye bağlanabilen iyonlar kovalent bağ.

İç küre kompleksleri, ilgili aktif yüzey sitelerini tanımlar. çekirdeklenme, kristal büyümesi, redoks işlemleri, toprak kimyası arasında gerçekleşen diğer reaksiyonların yanı sıra katyon ve yüzey.[1] Yüzey sitelerine olan bu afinite, kovalent bağa bağlanabilir.

İyonları ligandlardan ayıran su moleküllerine sahip dış küre kompleksleri ile karşılaştırıldığında, iç küre komplekslerinin yüzeyleri vardır. hidroksil olarak işlev gören gruplar -donor ligandlar, koordineli artırma metal iyonu 's elektron yoğunluğu.[2] Bu, ligandların bir alan için rekabet edeceği rekabetçi kompleks oluşumunun bir örneğidir. aktivasyon sitesi bir metal iyonu.

Yüzey yapıları ligandları indirgeyebilir ve oksitleyebilir, oysa taşıma fenomeni yapmaz. Bu nedenle, yüzey yapısı, bir reaksiyonun yoğunluğunu veya hızını değiştiren katı su arayüzündeki koordinasyon ortamı ile yüzey reaktivitesinde önemli bir rol oynar.[1]

Islatma

İç küre kompleksleri elde etmenin bir yöntemi, ıslatma:[2] Islatıcı ajan olarak bilinen bir sıvının, bir yüzeyde su veya hava gibi başka bir ortamın yerini aldığı bir olay. Bir durumunda katı su -e katı sıvı arayüz, sıvı yayılır. katı-sıvı ve sıvı gaz arayüz alanı ve bunun sonucunda katı gaz arayüzey ve katı su alanını azaltır.

Sıvının yayılma katsayısı, Gibb'in Serbest Enerjisi alan üzerinde[3]

Gibb'in Serbest Enerjisi yalnızca kendiliğinden S pozitif veya sıfırdır.

Başka bir ıslatma yöntemi de adezyonel ıslatma, sıvının katı yüzeyle ilk kez temas ettiği yer. Bununla birlikte, bu ilk ıslatma, tarafından modellenebilecek sıvı-gaz ​​arayüzünü azaltır. Dupré denklemi[3]

Veya revize edilmiş Dupré-Young denklemi ile

Sıvı bir ligand çözeltisine tamamen daldırılmış bir metal iyonu olan ani ıslatma, sıvı-gaz ​​arayüzünde bir değişikliğe sahip değildir. Bu reaksiyon şu şekilde modellenebilir:[3][4]

Bu modellerden metal iyonları, temas açısından etkilenebilir ve sonuç olarak, iç küre kompleksleri, ıslatma maddelerinden ve ıslatma prosedürlerinden etkilenir.[4]

Ligandların Metal Oksitlere Sorpsiyonu ve Adsorpsiyonu

Ligandların emilmesine bir örnek, metalik oksitler ve silikat yüzeyler. Mineral bir yüzeyde metal iyonu bir Lewis asidi ve ligandlar Lewis bazı olarak hareket eder.[2] Protonlara sahip ligandlar için sorpsiyon, pH.

Ligandların bir redoks reaksiyonu gerçekleştirerek yüzey koordinasyonunu etkilediği durumlarda, sorpsiyon fenomeni daha sonra adsorpsiyon.[2] Bu özellikle önemlidir, çünkü farklı yüzeyler ve ligandlar, çeşitli reaksiyonları katalize edebilen değişken redoks yoğunluğuna sahiptir.

Oksitlerin Çözünmesi

Suya maruz kaldığında, önceden bir iç küre kompleksi olan metal oksit, çözünme reaksiyonu olarak bilinen suya doymuş hale gelecektir.[5] Bu, hidroksil gruplarının da mevcut olduğu durumlarda da gözlemlenebilir.

pH, bu reaksiyonlar içinde bir husustur, ancak suyun simetrik, moleküler adsorpsiyonu kararsız kabul edilir ve yüksek bir aktivasyon enerjisine sahiptir.

Sonuç olarak, hız belirleme adımı, elektron yoğunluğundaki değişiklikler yoluyla endüktif etkileri artırabilen kritik bir okso bağının kırılmasına dayanır. Bu, nükleofilik ataklara ve daha fazla çözünmenin meydana gelmesine neden olur.[5]

Toprak kimyasındaki uygulamalar

Sorpsiyon reaksiyonları İç küre komplekslerinin, taşınması ve muhafaza edilmesinde uygulanabilir eser elementler toprak sistemlerinde.[6] Özellikle doğada bulunan emici malzemeler genellikle metal oksit iç küre kompleksleridir.

Doğada bu, her ikisi de çevrelerinin redoks potansiyelinden etkilendiğinden, demir ve mangan döngüsü için özellikle önemlidir. ayrışma ceryan etmek.[2] Oksoanyonlar gibi bu metallerin çözünmesini ve ayrışmasını engelleyebilir. Bu ortamlarda indirgeyici çözünme daha uzun sürebilir veya sonuç olarak hiç olmayabilir. Bununla birlikte, bunun anlaşılması, korozyon ve hava koşullarının sınırlandırılması gereken inşa edilmiş ortamlarda oksoanyonların daha fazla kullanılmasına yol açmıştır.[2]

Merkezi metalin ve inorganik ligandların iyon boyutu da hava koşullarında rol oynar. Alkali toprak metalleri, anyonik yüklere olan afinitenin azalması nedeniyle iyon boyutları arttıkça soğurmayı azaltmıştır, bu da hava koşullarına bağlı olarak hareket kabiliyetlerini arttırır.[7]

Polar olmayan ligandlar için, van der Waals kuvvetleri bunun yerine sorpsiyon etkileşimlerinde daha büyük bir rol oynar. Hidrojen bağı da oluşur, ancak adsorpsiyon işleminin bir parçası değildir.[8] Bu faktörlere bağlı olarak, toprak kalitesi, toprakla emilim gerçekleştiren besinlerin, kirleticilerin ve diğer ligandların tutulmasını ve tükenmesini etkiler.[8]

Genel olarak, bir metalik iyonun yüklü yüzeyi şu yolla yüklenebilir: kristal kusurlar yüzeyde kimyasal reaksiyonlar veya yüzey aktif iyonda soğurma.[6] Kil mineralleri bu etkileşimlerin bir örneğidir ve bu nedenle açıklayabilir kimyasal homeostaz okyanusta, biyojeokimyasal metallerin çevrimi ve hatta radyoaktif atık bertarafı.[9]

Mühendislik uygulamalarında kil mineralleri, sodyum iyon adsorpsiyon içinde petrol çıkarma bir geliştirme yoluyla çevresel astarların yaratılmasının yanı sıra sert tabaka.[9]

Ek olarak, su ıslahı da kil ve diğer mineral komplekslerinde bulunan iç küre komplekslerinin bir yan ürünü olarak düşünülebilir.[10] Bunun, demir-arsenik durumunda olduğu gibi metal-metal çökelmesi nedeniyle meydana geldiği teorize edilmiştir. Bununla birlikte pH, bu durumda da yüzey bağlama etkinliğini büyük ölçüde etkileyebilir.

Referanslar

  1. ^ a b Huntsberger JR (1 Mayıs 1975). "Yüzey Kimyası ve Yapışma - Bazı Temellerin Gözden Geçirilmesi". Journal of Adhesion. 7 (4): 289–299. doi:10.1080/00218467608075060.
  2. ^ a b c d e f Stumm W (5 Mayıs 1995). "İç Küre Yüzey Kompleksi". Su Kimyası. Kimyadaki Gelişmeler. 244. s. 1–32. doi:10.1021 / ba-1995-0244.ch001. ISBN  0-8412-2921-X.
  3. ^ a b c Shaw DJ (1992). Kolloid ve Yüzey Kimyasına Giriş. Büyük Britanya: Butterworth Heinemann. pp.151 –159. ISBN  07506-11820.
  4. ^ a b Pashley RM, Karaman ME (2004). Uygulamalı Kolloid ve Yüzey Kimyası. Büyük Britanya: John Wiley & Sons, Ltd. s. 8-9. ISBN  0-470-86882-1.
  5. ^ a b "Dizin". Koordinasyon Kimyası İncelemeleri. 189 (1): 279. Ağustos 1999. doi:10.1016 / s0010-8545 (99) 00205-2. ISSN  0010-8545.
  6. ^ a b Smith KS (1999). "Mineral Yüzeylerde Metal Soğurma: Mineral Tortulara İlişkin Örneklerle Genel Bir Bakış". Ekonomik Jeoloji İncelemeleri. 6A ve 6B: 161–182. CiteSeerX  10.1.1.371.7008.
  7. ^ "Topraktaki Kimyasal Bileşenlerin Soğurulmasına Giriş | Bilimi Scitable Olarak Öğrenin". www.nature.com. Alındı 2019-11-16.
  8. ^ a b Goldberg, Sabine (Ekim 2014). "Doğal malzemelerle anyon adsorpsiyonuna yüzey kompleksleşme modellerinin uygulanması: Toprak tarafından anyon adsorpsiyonunun yüzey karmaşıklığı modellemesi". Çevresel Toksikoloji ve Kimya. 33 (10): 2172–2180. doi:10.1002 / vb. 2566. PMID  24619924.
  9. ^ a b Sposito G, Skipper NT, Sutton R, Park S, Soper AK, Greathouse JA (Mart 1999). "Kil minerallerinin yüzey jeokimyası". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 96 (7): 3358–64. Bibcode:1999PNAS ... 96.3358S. doi:10.1073 / pnas.96.7.3358. PMC  34275. PMID  10097044.
  10. ^ Aredes, Sonia; Klein, Bern; Pawlik, Marek (Temmuz 2012). "Doğal demir oksit mineralleri kullanılarak sudan arseniğin uzaklaştırılması". Temiz Üretim Dergisi. 29-30: 208–213. doi:10.1016 / j.jclepro.2012.01.029.

daha fazla okuma