Студопедия — Химические свойства наноструктурных материалов.
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Химические свойства наноструктурных материалов.






Развитая ПВ и избыточная энергия ПВ атомов обуславливают чрезвычайно высокую химическую активность наночастиц. Это проявляется в изменении температуры, скорости, теплового эффекта взаимодействия, величины степени превращения при данных условиях, повышенной пирофорбности, и особых каталитических свойств. Наночастицы способны эффективно взаимодействовать с любыми химическими соединениями, включая инертные газы и благородные металлы. Например, обнаружено, что на наноразмерных порошках происходит необратимая адсорбция инертных газов, причем молекулы газа образуют с ПВ атомами частиц прочные связи. Установлена каталитическая активность наночастиц золота в процессах низкотемпературного горения различных веществ, окисления углеводородов, гидрирования ненасыщенных соединений, восстановления оксидов азота. Проявление размерного эффекта в химических реакциях является, прежде всего, изменение лимитирующей стадии процесса. Для большого количества гетерогенных реакции скорость реакций определяется процессами диффузии. Однако это справедливо при условии, что характеристический диффузионный путь:

Δ= D – коэффициент диффузии

Это справедливо при условии, что диффузионный путь существенно меньше среднего радиуса реагирующих частиц r. Если Δ больше или равно r то лимитирующей стадией процесса становится собственно химическая реакция. Таким образом, для любой гетерогенной реакции существует граничный размер частиц, при котором происходит изменение кинетической закономерности процесса.

Экспериментальные исследования влияния размера частиц или зерен на кинетические параметры химических реакций весьма затруднителен. Связано это прежде всего с полидисперсным состоянием наноматериала, что невилирует размерный эффект. В начало

Кроме того, кинетика любой химической реакции зависит от целого ряда факторов, которые не останутся неизменными при уменьшении геометрических размеров взаимодействующих веществ. К таким факторам можно отнести: наличие оксидной пленки на ПВ и ее толщину, наличие адсорбированных слое и энергию адсорбции, количество потенциальных центров зародыша новой фазы, и многое другое. Т.е получить химическую реакцию в чистом виде очень сложно. Поэтому для изучения размерного эффекта в химических реакциях весьма эффективен метод математического моделирования, благодаря которому удается исследовать некоторые химические закономерности, которые не могут быть получены экспериментально. Методом имитационного моделирования исследована совокупность реакций, которые протекают при образовании частиц карбида железа с частицей железа, находящейся на инертной подложке. Для имитации реакционного объема была выбрана традиционная кубическая модель, состоящая из конечного числа N=n3 ячеек. Оказалась что скорость реакции экспоненциально возрастает с уменьшением размера частицы, этот результат иллюстрирует рис.1, где приведена зависимость размера частицы от ….. при плотности карбида железа = 0,23

На рис.2 представлена зависимость времени достижения максимальной скорости реакции Tmax с уменьшением размера частицы как ln(n).

Проявлением химического размерного эффекта является также, понижение температуры химических реакций. В системах:

MgO/Nb2O5

MgO + Nb2O5 →Mg Nb2O6

Реакция такого типа протекает на 500- кельвинов меньше, чем та же реакция между крупнозернистыми оксидами.

С наноразмерными частица возможны такие химические превращения которые не осуществимы в крупных кристаллических материалах, например реакция между термальной парой:

(Al + H2O) + NO2C6H4NH2 = NH4C6H4NH2

Возможна только в том случае, если частицы частички порошка алюминия имеют наноразмеры.

Рассмотрим особенности окислительных процессов в наноразмерных средах.

На рис.3 представлена зависимость скорости окисления нанопорошка железа, полученного методом химического диспергирования от температуры.

По результатам исследования окисления на воздухе ряда металлов их можно классифицировать следующим образом:

- окисление проходит в одну макроскопическую стадию, такой процесс характерен для химически активных Ме реагирующих с большим тепловыделением (Al, Zn, Mo)

- окисление проходит в две стадии, такой ход кривых характерен дя поливалентных металлов, образующих оксиды переменного состава

Рис.4

На отдельных участках Ме окисляются или по степенному или только по логарифмическому закону окисления. Общее кинетической уравнение в безразмерной форме имеет вид

V=k0 exp(-E/RT) η-n exp (-k1 η)

Где k0 – предэкспоненциальный множитель

Е – энергия активации

n – показатель степени

Как следует из общего уравнения, в случае спрямления данных, взятых при различных значениях температур в координатах:

Ln (V1 / V2) (n2 – n1)

Процесс окисления подчиняется логарифмическому закону:

n=0, k1 >0

В случае же спрямления данных в координатах

Ln (V1 / V2) (n2 / n1)

В этом случае процесс подчиняется степенному закону.

n >0, k1 = 0

А тангенс угла наклона позволяет определить величины. В начало

Самовозгорание – это возникновение горения в результате самонагревания твердых горючих материалов, вызванного самоускорением в них изотермических реакций. В зависимости от природы первоначального процесса, вызвавшего самонагревание материала, различают – химическое, микробиологическое и тепловое самовозгорание. Начало самовозгорания характеризуется температурой Тс самонагревания которая представляет собой минимальную в условиях опыта температуру, при которой обнаруживается тепловыделение. При достижении определенной температуры при самонагревании называемой Тв – температуры самовоспламенения, возникает горения материала, проявляющееся или в виде тления, или в виде пламенного горения, в последнем случае температура самовозгорания равна температуре самовоспламенения. С увеличением массы образца и скорости нагрева

ΔТ=ТВ – ТЕ

Пирофорность относится к химическому самовозгорания некоторых веществ при контакте их с воздухом, при отсутствии нагрева. Особенностью пирофорных веществ заключается в том, что температура их самовозгорания ниже комнатной. К пирофорным относятся такие вещества, как:

Мелкораздробленные Ме, карбиды щелочных Ме, гидриды кремния и бора, белый фосфор, металлоорганические соединения. Пирофорность зависит температуры, химической природы и массы вещества, дисперсности и формы его частиц, от развитости ПВ и наличии на ней защитных пленок. Например дисперсный порошок железа с насыпной плотностью 1г/см:3, заметно склонен к пирофорности, при насыпной плотности 0,5 г/см:3 при соприкосновении с воздухом железный порошок легко самовозгорается, что, как правило приводит к его самовоспламенению на воздухе.







Дата добавления: 2015-08-17; просмотров: 578. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Логические цифровые микросхемы Более сложные элементы цифровой схемотехники (триггеры, мультиплексоры, декодеры и т.д.) не имеют...

Билиодигестивные анастомозы Показания для наложения билиодигестивных анастомозов: 1. нарушения проходимости терминального отдела холедоха при доброкачественной патологии (стенозы и стриктуры холедоха) 2. опухоли большого дуоденального сосочка...

Сосудистый шов (ручной Карреля, механический шов). Операции при ранениях крупных сосудов 1912 г., Каррель – впервые предложил методику сосудистого шва. Сосудистый шов применяется для восстановления магистрального кровотока при лечении...

Трамадол (Маброн, Плазадол, Трамал, Трамалин) Групповая принадлежность · Наркотический анальгетик со смешанным механизмом действия, агонист опиоидных рецепторов...

Правила наложения мягкой бинтовой повязки 1. Во время наложения повязки больному (раненому) следует придать удобное положение: он должен удобно сидеть или лежать...

ТЕХНИКА ПОСЕВА, МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ЧИСТЫХ КУЛЬТУР И КУЛЬТУРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МИКРООРГАНИЗМОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА БАКТЕРИЙ Цель занятия. Освоить технику посева микроорганизмов на плотные и жидкие питательные среды и методы выделения чис­тых бактериальных культур. Ознакомить студентов с основными культуральными характеристиками микроорганизмов и методами определения...

САНИТАРНО-МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДЫ, ВОЗДУХА И ПОЧВЫ Цель занятия.Ознакомить студентов с основными методами и показателями...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия