marta_inj (marta_inj) wrote,
marta_inj
marta_inj

Category:

Катализаторы оргсинтеза



Если бегло глянуть на технологию органического синтеза, то нетрудно заметить, что катализаторами во всех случаях являются металлы, оксиды металлов или соли металлов.

Известно, что водород...образующийся при взаимодействии цинка или олова с кислотами или натрия со спиртом, не удается присоединить к двойной связи в алкене. Однако в присутствии металлов... Н2 может присоединяться...даже в сравнительно мягких условиях...

Собственно, катализаторы затем и нужны, чтобы избежать необходимости в высоких температурах и чудовищных давлениях для проведения той или иной реакции.

Само собой, ученые долго бились над тем, чтобы выяснить, что такого происходит в присутствии катализатора, но до сих пор одни ученые прямо говорят, что "механизм не выяснен". Другие делают вид, что выяснили, например, про ферменты говорят нечто вроде "катализатор растягивает связи, деформирует молекулу, и в таком состоянии старые связи легче рвутся, а новые легче образуются". Что-то вроде объяснили, но вопросы остаются...

Но в любом случае катализа молекулы/атомы/электроны "активируются", то есть, внезапно становятся способны к тому, к чему ранее не были способны. Могут преодолевать расстояния, которые раньше не могли преодолевать, могут объединяться с тем, с чем раньше не могли, ну и т.д.

И какую-то роль в этом играют металлы. Металлы разные: платина, железо, алюминий, никель, ртуть, цинк, хром.

...экспериментально установлено, что как этилен, так и водород взаимодействуют с поверхностью никеля с выделением энергии (250 и 125 кДж/моль соответственно)... молекула Н2 распадается на два отдельных атома...Согласно мультиплетной теории Баландина... активный центр состоит из двух атомов катализатора (дублет). Между активным центром катализатора и претерпевающим изменения фрагментом молекулы алкена существует структурное соответствие...разрыв связей происходит между теми атомами реагентов, которые адсорбированы на разных атомах катализатора, и, наоборот, связь образуется между теми атомами участников реакции, которые адсорбированы на одном атоме катализатора...асимметричный активный центр катализатора...способствует определенной геометрической конфигурации продукта

Алюмосиликаты как катализаторы

Алюмосиликатные катализаторы состоят из кремнекислородных и алюмокислородных тетраэдров. На поверхности любого твердого вещества часть химических связей деформирована, потому что с одной стороны у атома одно окружение, а с другой - совершенно иное. Алюминий похуже "держит" кислород, поэтому на поверхности катализатора именно алюминиевые тетраэдры оказываются более деформированными/недостроенными и потому они тянут к себе посторонние молекулы, пытаясь "достроиться" до тетраэдра. Здесь обратим внимание, что, с точки зрения химиков и кристаллографов, "вакансия" (незанятая электронная орбиталь) тянет к себе электроны, даже если сам атом заряжен отрицательно. То есть, даже минус с минусом может сближаться.

Притягиваются молекулы воды к катализатору, кислород достраивает алюминиевокислородный тетраэдр, а водород при этом "активируется", приобретает кислотные свойства и может атаковать органические молекулы.

Получается, что есть некая сфера действия тетраэдра, которая затягивает в себя атомы, если тетраэдр недостроен. А когда эта сфера что-то в себя затянула, оставшаяся часть молекулы отталкивается, достаточно легко "отрывается" и может присоединиться к другой молекуле.

На вакантное место в недостроенном тетраэдре может вставать не только кислород. Но, если атомы на вершинах тетраэдра разные, то тетраэдр оказывается деформированным, кривоватым, и в таком состоянии он "активирован" как выражаются химики. А вот физики замечают - в других случаях перекошенных тетраэдров/октаэдров - выработку электричества. Так что вполне вероятно, что химическая активированность - это и есть наличие некой энергии.



Алюминий-органические соединения легко воспламеняются при контакте с воздухом и водой. Еще одно выделение энергии из ниоткуда?
Впрочем, любое горение - это соединение чего-либо с кислородом с получением тепловой энергии, и мы свыклись ведь... не удивляемся...


Горение водорода в воздухе (водород вытесняется калием из воды)


Горение фосфора в воздухе


Горение углерода в воздухе

Почему же именно кислород дает энергию?

P.S.: замечу, что в живых клетках, если приглядеться, сплошные разделы фаз и границы, а значит, сплошные перекосы геометрических параметров атомов, что как бы намекает.

Tags: Вопросы к науке, Геометрия, Поребрик, Химия, Электричество
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 3 comments