Metallning Sirli Qismi: Kimyogarlar Kashf Etgan Narsa

Nima Bo'ldi Bu?

Sizga bir voqeani aytay: yillar davomida bir asbobdan foydalandingiz, uning qanday ishlashini aniq bilasiz deb o'ylaysiz. Keyin kimdir yaqinroq qarab, haqiqiy sehr boshqa joyda sodir bo'layotganini aniqlaydi — siz e'tibor bermagan joyda.

Aynan shunday narsa kimyo olamida sodir bo'ldi.

Xitoylik olimlar keng qo'llaniladigan sanoat katalizatori haqida yangi narsani aniqladilar. Uzoq vaqt davomida kimyogarlar boshqacha o'ylardi.

Nima Uchun Bu Muhim?

Avvaliga ozgina tushuntiray. Gap metanni qisman oksidlash reaksiyasi haqida.

Metan — tabiiy gazning asosiy tarkibiy qismi. Uyingizni isitadigan yoki osh pishiradigan narsa — shu.

Metanni qisman oksidlaganda, sintgaz hosil bo'ladi — vodorod va uglerod monooksid aralashmasi. Sintgaz — kimyo sanoatining asosiy "qora qumri". O'g'it uchun ammiak, suyuq yoqilg'i va boshqa mahsulotlar shundan tayyorlanadi.

Demak, bu judayam muhim jarayon.

Nikel Qanday Ishlar Ekan?

O'tmishda olimlar fikri aniq edi: metall nikel zarralari — reaksiyani "boshqaruvchi". Ulargina kimyoni ilgari suradi.

Lekin muammo bor: bu reaksiyada harorat juda yuqori, sharoit esa juda reaktiv. Bunday holatda nikel o'z shaklini o'zgartirishi mumkin. Metall nikel va nikel oksid o'rtasida "sakrab" yuradi.

Savol tug'iladi: qaysi shakl aslida ishlayapti?

An'anaviy fikr shunday edi: reaksiya sharoiti nikel oksidni metall nikelga aylantiradi. Metall nikel esa katalizator vazifasini bajaradi. Qog'ozda mantiqiy.

Ammo... yangi tadqiqot boshqacha narsani ko'rsatmoqda.

Reaktorning Ichidagi Kushandlik

Dalian Kimyoviy Fizika instituti jamoasi nikel miqdori juda kam bo'lgan katalizator yaratdi — atigi 0,8 foiz og'irlikda. Bu juda, juda kam.

Bunday kam miqdorda uning samaradorligi past bo'lishini kutmasdingizmi?

Lekin mana narsa: bu kichkina katalizator metanning 92 foizini aylantirdi. Bu a'lo natija. Va hosil bo'lgan sintgaz — vodorod va uglerod monooksid nisbati muhandislarning xohlaganiday.

Ah, yana bir narsa: bu kichkina katalizator o'n barobar ko'p nikel olgan odatiy katalizator kabi yaxshi ishladi.

Bu shunday narsaki, mashina biri chorak bakda, ikkinchisi ikki yarim bakda bir xil masofani bosishi mumkinligini bilganingizdagidek. Eski tushunchamizda nimadir noto'g'ri.

Asl Qahramon Kamerada

Bunday bo'lganida nima sodir bo'lgan?

Juda rivojlangan mikroskopiya va spektroskopiya usullari yordamida (atomlar darajasida nima bo'layotganini kuzatish usullari) olimlar hayratlanarli narsani ko'rdilar.

Reaksiya davomida nikel oksid sirtida maxsus atom tuzilmasi hosil bo'lgan. Uni [Ni1O4Ni4] birligi deb atadilar. Atomlarning kichik qayta qurilishi — butunlay yangi tartib.

Bu qayta qurilgan tuzilma katalizator ishsiz turganida mavjud emas edi. Faqat reaksiya sharoitida paydo bo'ldi. Bu muhim: katalizatorni ishlayotganida kuzatish kerak, haqiqiy manzarani ko'rish uchun.

Bu Tuzilma Nima Uchun Muammo

Texnik qismini soddalashtiraman: metandagi C-H bog'larini uzish — vodorod atomlarini ugleroddan ajratish — reaksiyada eng qiyin qism. Bu — tezlikni belgilovchi qadam.

Yangi kashf etilgan qayta qurilgan tuzilmada bu bog'larni uzish uchun kerakli energiya keskin kamayadi.

Raqamlar:

• Odatiy nikel oksid sirti: 38,5 kkal/mol
• Metall nikel sirti: 15,7 kkal/mol
• Qayta qurilgan tuzilma: 12,5 kkal/mol

Kamroq yaxshi — bu yerda past energiya yaxshi.

Qayta qurilgan tuzilma kimyoni osongina sodir qiladi — metall nikel yoki oddiy nikel oksiddan ham yaxshi.

Bu g'alati. Eng yaxshi katalizator biz o'ylagan ikki narsadan biri emas — u reaksiya davomida dinamik ravishda hosil bo'ladigan narsa.

Fikrim

Bu turdagi fan menga yoqadi. Faqat texnik yutuq uchun emas (bu ham ta'sirli), balki haqiqiy tadqiqot qanchalik kamtar bo'lishi mumkinligini eslatadi.

Yillar davomida olimlar "noto'g'ri" faol markazni o'rganishgan. Texnikani shoshg'ani uchun emas — haqiqiy qahramon ko'z oldida yashirinib, faqat reaksiya ishga tushganda paydo bo'lgan. Uni ish paytida ushlab olish kerak edi.

Shuning uchun in situ xarakterizatsiya — reaktsiyalarni real vaqtda, real sharoitda kuzatish — shunchalik muhim. "Reaksiyani to'xtat, namunanu muzlat, o'rgan" yondashuvi muhim tafsilotlarni o'tkazib yuborishi mumkin.

Tadqiqotdagi meni hayratda qoldirgan gap: "Bizning tadqiqotimiz reaksiya sharoitida dinamik faol tuzilmalarni aniqlashda in situ xarakterizatsiyaning muhim rolini ta'kidlaydi."

Ha, aynan shu xulosa. Ba'zan eng muhim narsalar e'tiborni qayirmasangizgina paydo bo'ladi.

Kelajak Uchun Bu Nima Anglatadi?

Bu yerda amaliy qo'llanilishi jihatidan qiziqarli bo'ladi:

Agar kam miqdordagi katalizatorlar bu dinamik qayta qurilish orqali yuqori samaradorlikka erishishi mumkinligini tushunsak, katalizator loyihalashda yangi imkoniyatlar ochiladi.

Kamroq qiymatli yoki kam uchraydigan metallar bilan arzonroq katalizatorlar. Yaxshiroq samaradorlik. Sanoat jarayonlari uchun pastroq narxlar.

Kimyo sanoati katalizatorlarsiz ishlay olmaydi. Ularning ishlashidagi kichik yaxshilanishlar turli mahsulotlar va jarayonlarga tarqaladi.

Bu shovqinli fan emas — portlashlar yo'q, ko'rinadigan otashkordlar yo'q. Lekin yaxshi qilinganda, narsalarni qanday qilishimizni sekinlik bilan yaxshilaydigan shunday ish.

Va rostini aytganda, buni qoniqarli his qilaman.