| |
ПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ ОБЛАДАЮТ СКРЫТОЙ СПОСОБНОСТЬЮ ОКИСЛЯТЬСЯ
Американский химик Чарльз Кэмпбелл показал и теоретически обосновал, что переходные металлы способны окисляться в гораздо более мягких условиях, чем считалось ранее. Правда, такое окисление ограничивается лишь тонким слоем на поверхности металла, но оказывает существенное влияние на его каталитические свойства.
Переходные металлы — не особо активные элементы, и для окисления некоторых из них (меди, серебра, платины) требуется довольно высокая концентрация кислорода. Если же эта концентрация ниже определенного значения, то образование оксида оказывается невыгодным (то есть идет с затратой энергии), и металл преспокойно существует в чистом виде.
Кстати, это одна из причин, почему переходные металлы широко используются в качестве катализаторов, например в автомобилях для "дожигания" выхлопных газов. На поверхности пластины из такого металла активно происходят химические реакции, которые в выхлопном газе идут с трудом, но сам металл при этом не окисляется. (С различными аспектами катализа можно познакомиться в популярных статьях рубрики "Катализ" из Соросовского образовательного журнала).
В последние годы, однако, появились подозрения, что даже при очень малой концентрации кислорода на самой поверхности такой пластины возникает тончайший слой окисла. И это при том, что из простейших термодинамических расчетов следует, что его образование энергетически невыгодно.
В принципе, ученые предполагали, что это должно быть связано с поверхностной энергией металла, но конкретных расчетов этого явления до сих пор никто не проводил. Этот пробел был восполнен в статье американского химика Чарльза Кэмпбелла (Ch. Campbell, Physical Review Letters, 96, 066106,14 February 2006), который дал теоретическое объяснение этого эффекта и подчеркнул его крайнюю важность для технических приложений, в частности для катализа.
Действительно, пишет Кэмпбелл, при низкой концентрации кислорода энергетически невыгодное окисление всей пластины не происходит. Однако тонкий слой окисла создать вполне возможно: энергия, требуемая для окисления металла, с лихвой компенсируется тем, что при этом устраняется энергетически невыгодная свободная поверхность металла. Конечно, при этом создаются две новые границы раздела (воздух—окисел и окисел—металл), но, согласно экспериментальным данным, они вовсе не столь энергоемки. Можно сказать, что поверхность свободного металла играет роль источника энергии для этого процесса.
Как показывают расчеты на примере серебра, в результате этого эффекта поверхностное окисление может начинаться при концентрации кислорода в тысячи раз (!) меньшей, чем считалось ранее. Но даже тончайшая пленка окисла толщиной в несколько молекул сможет сильно повлиять на способность пластины осаждать на себе молекулы газа, а значит, изменит и каталитические свойства образца. Конструкцию катализаторов, использующих такие "опасные" металлы, потребуется, очевидно, пересмотреть.
Автор резонно замечает, что описанный эффект вовсе не обязан ограничиваться оксидами, то есть соединением металла с кислородом. Те же самые аргументы в определенных ситуациях применимы и к тонким пленкам нитридов, гидридов и т. д. Удивительно, но ни одна из этих возможностей с нужной степенью подробности ранее не изучалась.
Стоит добавить, что это явление очень напоминает эффект поверхностного плавления. Например, обычный лед на самом деле начинает таять при температуре около –70°C, правда не целиком, а лишь в тонком приповерхностном слое. В целом же, оба эти явления прекрасно иллюстрируют тот факт, что термодинамические и химические превращения на поверхности тел могут сильно отличаться от привычных нам "трехмерных" законов.
www.inauka.ru
Вопросы современной химии 27-02-2007
«ХРИЗОМАНДЕР» 25-04-2007 Вопросы современной химии
Аллегорическая повесть в сокращенном виде и в вольном переложении, но с ненарушенным смыслом Хризомандер был королем и имел женою Теману, а также чад, среди коих Кибрит особливо выделялся. Он был изящен, чист и смел. Отец решил его учить, дабы привести на высшую степень совершенства. Но не вышло сие у него. Тогда нанял он для воспитания гофмейстера Фуокалли с пенсией, который казался вполне опытным и искусным. Дали ему власть над принцем. Сде...
Жоливе Кастелло - «День Алхимика» 25-04-2007 Вопросы современной химии
(в сокращении. Из журнала «Изида») По пробуждении сесть на кровати, закрыться одеялом и сосредоточиться. Тут же составить распорядок дня. В городе вставать в 9 часов, А в провинции в 7 или 8 часов утра. Встав принять душ и помыться с ритуальными травами. Соблюдать чистоту. Следует умываться перед едой, перед работой и перед сном. Растения в воду прибавлять следующие: гелиотроп, василек, розу, лилию, мелиссу, белену – на выбор[1]. Завтрак должен...
Из «Рассуждения об истлении и сожжении всех вещей» 25-04-2007 Вопросы современной химии
Эккартсгаузен «Я взял урину, сгноил ее, отогнал летучий дух и летучую соль и вторично перегнал; затем влагу выпарил до густоты и потом вонючее масло сжег так, что осталась черная земля. Я ее истер, полил спиртом для увлажнения и стал греть в золе, в реторте. Отошла phlegma insipidum (безвкусная), а дух остался. Наливания и перегонки повторил несколько раз и при сильном осушении появилась приятная, сладкая белая соль. Дружок мой, в Гессене, р...
Аллотропическое Серебро 25-04-2007 Вопросы современной химии
Карей Леа обнаружил приготовление аллотропического серебра в 1889, в то время как он изучал восстановления нитрата серебра. Он нашел, что серебро существует в аллотропических, промежуточных, и обыкновенных формах. Обыкновенное серебро исполняющее несколько ролей в природе. Водные растворы - коллоидные моноатомы, и дают совершенно прозрачные растворы. Несколько форм аллотропического серебра (a-Ag) сухие с их частицами в оптическом контакте друг с ...
ЛЮДИ ГИБНУТ ЗА МЕТАЛЛ 27-02-2007 Вопросы современной химии
Ежегодно около четверти всего произведенного в мире металла теряется в результате протекания коррозионных процессов. Затраты на ремонт и замену аппаратуры и коммуникаций химических производств во много раз превышают стоимость материала, из которого они изготовлены. По данным исполнительного директора Российского союза химиков Игоря Кукушкина, в российской химической промышленности уровень коррозионного износа в 2 раза выше,...
|
Актуально о работе
