marta_inj (marta_inj) wrote,
marta_inj
marta_inj

Category:

Геометрия катализаторов



Катализаторы в промышленности, являющиеся, как мы уже установили, в основном металлами или оксидами металлов - это в первую очередь кристаллические образования.

Ученые давным-давно выяснили, что химическая реакция по-разному идет на разных поверхностях кристалла: одни поверхности ускоряют одну реакцию, другие - другую, третьи - и вовсе могут быть пассивными. А углы и грани кристалла еще активнее.







И чем мельче кристаллы, тем активнее поверхность катализатора, а чем крупнее - тем хуже работает катализатор вплоть до утраты каталитических свойств при спекании, оплавлении, когда поверхность становится его становится гладкой.
Также говорится, что многие реакции идут только на дефектах кристаллической решетки - дислокациях...



Вот Игорь Белецкий показывает, при каких условиях кристаллическая структура нарушается, а при каких - выравнивается. Мы видим, что дефекты порождают инородные частицы (отличающиеся по размеру), локальная вертикальная нагрузка, сдвиги (тоже вид локальной нагрузки, только в горизонтальном направлении), а восстанавливается правильный порядок частиц при воздействиях, слегка встряхивающих большой объем. К таким воздействиям можно, наверное, отнести и тепловые волны.

И вот еще что интересно насчет кристаллов: при совместном существовании в среде больших и мелких кристаллов со временем большие кристаллы увеличиваются, а мелкие - уменьшаются. В частности, в науке о холодильном хранении продуктов говорится, что именно этот процесс - причина потери качества продуктов при мелких колебаниях температур. При каждом таком колебании молекулы воды отсоединяются от мелкого кристалла и присоединяются к более крупному, и получается длинная льдинка, которая протыкает оболочки клеток, и на выходе мы вместо ягодок получаем сок ягодок, а попросту - жижу.

Так вот - почему отдельная молекула воды тянется к более крупному кристаллу, в ущерб мелкому? Откуда ей знать, какой из кристаллов крупнее? Какие силы тянут ее в заданном направлении? У науки объяснения отсутствуют. Хотя некоторые авторы смело заявляют, что диффузия здесь ни при чем.



А в чем же тогда причина роста более крупных кристаллов за счет более мелких?
...
Вернемся к катализаторам.

Искривленные структуры, в том числе, дефекты кристаллических решеток, грани и углы кристаллов, места встраивания примесных атомов - все это места с повышенной способностью к преобразованию вещества. Хорошим подтверждением этому является шпинель



В шпинели сочетаются октаэдры и тетраэдры, и таким образом, что структура каждого "эдра" искажается. Именно шпинели обладают наибольшей способностью к катализу. И именно шпинели - очень медленно растущие кристаллы, а значит, несклонные к перестройкам и потере каталитической способности.

Что у нас выходит? Правильные однородные кристаллы достаточно легко встраивают в себя новые молекулы. Они могут тянуть к себе эти молекулы на расстоянии (молекулы движутся к ним быстрее, чем при простой диффузии). Чем больше кристалл, тем больше сила его притяжения. Как-то это напоминает магнит, нет?
А кристаллы неправильные - с разнородными структурами - хуже растут, зато обладают энергией на перестройку чужеродных молекул определенного вида, могут быть катализаторами. Эта энергия появляется только в момент присоединения/отсоединения чужеродной молекулы.

Ну, прям как здесь:


Искра появляется только в момент приближения пальца к проводнику в виде шарика. А так вроде и не видно никакой энергии.
Tags: Вопросы к науке, Геометрия, Химия, Электричество
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 7 comments