Механохимические реакции

Механохимические реакции

Механохимические реакции протекают при совместном воздействии на вещество, находящееся в твердом агрегатном состоянии, химического реагента и механических деформаций твердого тела. Фактически производится диспергирование твердого тела в присутствии химического реагента.

Эффективность механохимического процесса связана с увеличением межфазной поверхности при измельчении твердого тела; появлением дислокаций, выходящих на поверхность твердого тела и образующих активные центры на поверхности. Кроме того, в процессе диспергирования твердого тела возможно образование свободных радикалов.

Сам процесс измельчения твердого тела определяется наличием поверхностно-активной среды, т.е проявляется эффект адсорбционного понижения прочности по П.А. Ребиндеру. Некоторые реагенты по отношению к твердому телу могут выступить в качестве ПАВ.

Измельчение твердых веществ сопровождается также эмиссией электронов из тонкого поверхностного слоя. Энергия электронов не превышает 1 эВ. Часто эмиссию электронов связывают с образованием двойных электрических слоев на поверхности твердого тела. Принято считать, что наружный поверхностный слой заряжен положительно. Электроны разгоняются между обкладками этого конденсатора и имитируют.

Установлено, что при виброизмельчении в нормальных условиях образуются карбонилы металлов. Тогда как синтез карбонилов без механических воздействий происходит при 200 атм. и 200 оС.

Потребляемая мощность вибромельницы пропорциональна квадрату частоты и первой степени амплитуды колебаний. Скорость механохимических реакций окисления металлов также пропорциональна квадрату частоты колебаний.

При увеличении амплитуды колебаний вибромельницы становятся возможными реакции окисления меди и никеля в атмосфере углекислого газа с образованием оксидов металла и углерода. В обычных условиях такие реакции невозможны. Механохимические реакции позволяют снять термодинамический запрет на протекание процесса. Например, становится возможной реакция

BaCO3 + MemOn

→ BaO·MemOn

+ CO2,

где Me – Mo, W, Nb, Ta, Ti, Zr и Zn.

Для этой реакции с оксидом титана ΔG = +57 кДж/моль. Проведение механохимической реакции снимает термодинамический запрет.

Существует и такой взгляд на механохимические процессы, как химические реакции в газах, жидкостях и твердых телах, протекающие под воздействием упругой энергии.

Упругая энергия оказывает воздействие не только на разрыв и деформирование межмолекулярных связей в твердых телах, но и на локальный плазменный разогрев вещества, а также на локальные области высокого давления. В этом смысле возможно воздействие на жидкую и газообразную фазы.

Механохимические процессы широко распространены в природе. С ними связывают образование нефти и осадочных пород.

Механохимические реакции, несомненно, могут быть с успехом применены и в неорганическом синтезе.

  • Читать все новости