|
|
 |
| ПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ ОБЛАДАЮТ СКРЫТОЙ СПОСОБНОСТЬЮ ОКИСЛЯТЬСЯ |
25-07-2006 |
Темы дня:
• Раскрыта тайна рождения и исчезновения эльфов
• Таинственные совпадения - слепая игра случая?
• Ученые нарисовали апокалиптическую картину на Земле спустя тысячу лет
• Летящие группы Эггена
• Зафиксировано редкое астрономическое явление
• Директора Института проблем сверхпластичности металлов обвиняет ФСБ
• Определен оптимальный период прощания с вредной привычкой
|
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 |
УЧЕНЫЕ ИМЕЮТ ПРАВО НА ПЛАНЕТУ ЕЩЕ ПРИ ЖИЗНИ 08-03-2007 Химия
170-летие Д.И. Менделеева химическое сообщество отметило по-своему: 10 февраля состоялся пленум Российского химического общества, посвященный этой дате, а 11 февраля председатель общества академик Павел Саркисов получил свидетельство о присвоении его имени малой планете № 12190.Пленум проходил в Актовом зале имени А.П. Бородина в Российском химико-технологическом университете имени Менделеева, который выпускники и сотруд...
ОГОНЬ ПРЕВРАЩАЕТ МЯГКИЙ ПОЛИМЕР В ТВЕРДЕЙШУЮ КЕРАМИКУ 08-03-2007 Химия
Уникальные полимерные волокна появились на свете благодаря усилиям российских ученых и не без финансовой помощи РФФИ и Фонда содействия МП НТС. Главное в том, что сплетенное из них полотно надо сжечь, и тогда оно станет прочным и жаростойким керамическим материалом.В фантастике 60-х был очень популярен образ человекообразных существ, в организмах которых углерод был замещен на кремний. Казалось, после такой замены челове...
СЛАБОАЛКОГОЛЬНЫЕ КОКТЕЙЛИ ВРЕДЯТ ЗДОРОВЬЮ 08-03-2007 Химия
Яркие баночки, обещающие покупателю незабываемое сочетание джина, виски, водки с фруктовыми и газированными добавками, можно найти в любом киоске. Эти псевдококтейли популярны у молодежи почти так же, как и пиво. Продажи таких слабоалкогольных напитков в последнее время росли очень быстро. Правда, теперь производители ожидают скорой стагнации рынка. Медики полагают, что наводнять Россию этой гадостью вообще не стоило: к ал...
|
|
|
