Докторант
  1. Неорганическая химия  1.1. Координационная химия  1.1.1. Теория поля лигандов  1.1.2. Теория кристаллического поля  1.1.3. Теория молекулярных орбиталей для координационных соединений  1.1.4. Устойчивость координационных соединений  1.1.5. Электронные спектры координационных соединений  1.1.6. Изомерия в координационных соединениях  1.1.7. Кинетика и механизм координационных реакций  1.2. Органометаллическая химия  1.2.1. Металлокарбонилы  1.2.2. Металлические алкилы и арилы  1.2.3. Карбены Фишера и Шрока  1.2.4. Оксидативное присоединение и восстановительное элиминирование  1.2.5. Металлические гидриды  1.2.6. Катализ с помощью металлоорганических соединений  1.2.7. Металлоцены и сэндвич-комплексы  1.2.8. Активация CH  1.3. Химия твердых тел  1.3.1. Кристаллические структуры и решетки  1.3.2. Теория зон и электрические свойства  1.3.3. Дефекты в кристалле  1.3.4. Синтез твердых материалов  1.3.5. Магнитные и оптические свойства твердых тел  1.3.6. Сверхпроводимость  1.3.7. Ионика твердого состояния  1.4. Био-неорганическая химия  1.4.1. Металлопротеины и ферменты  1.4.2. Транспорт и хранение ионов металлов  1.4.3. Роль металлов в медицине  1.4.4. Катализ, вдохновленный биологией  1.4.5. Взаимодействия металлов с ДНК  1.4.6. Metal Complexes in Medical Science  1.5. Лантаноиды и актиноиды  1.5.1. Электронная конфигурация и степени окисления в лантаноидах и актиноидах  1.5.2. Спектральные и магнитные свойства в лантанидах и актиноидах  1.5.3. Разделение и извлечение лантаноидов и актинойдов  1.5.4. Координационная химия элементов f-блока  1.6. Химия главной группы  1.6.1. Химия соединений бора  1.6.2. Химия соединений кремния и германия  1.6.3. Химия соединений фосфора и серы  1.6.4. Органосиликатная химия  1.6.5. Химия инертных газов
  2. Органическая химия  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Реакции нуклеофильного замещения  2.1.2. Электрофильные реакции присоединения и замещения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перегруппировки  2.1.5. Радикальные реакции  2.1.6. Перициклические реакции  2.1.7. Фотохимические реакции  2.2. Стереохимия  2.2.1. Хиральность и оптическая активность  2.2.2. Структурный анализ  2.2.3. Стереоэлектронные эффекты  2.2.4. Асимметричный синтез  2.2.5. Динамическая стереохимия  2.3. Органометаллическая химия в органическом синтезе  2.3.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.3.2. Реакции сопряжения, катализируемые переходными металлами  2.3.3. Реакции, катализируемые палладием  2.3.4. Олефиновый метатезис  2.3.5. Катализ золота и серебра  2.4. Химия природных продуктов  2.4.1. Алкалоиды и терпеноида  2.4.2. Стероиды и флавоноиды  2.4.3. Полный синтез природных соединений  2.4.4. Биосинтез природных продуктов  2.5. Супрамолекулярная химия  2.5.1. Химия "хозяин-гость"  2.5.2. Самосборка и молекулярное распознавание  2.5.3. Супрамолекулярный катализа  2.5.4. Молекулярные машины
  3. Физическая химия  3.1. Термодинамика  3.1.1. Законы термодинамики  3.1.2. Химический потенциал и равновесие  3.1.3. Статистическая термодинамика  3.1.4. Неравновесная термодинамика  3.2. Квантовая химия  3.2.1. Уравнение Шрёдингера и его применения  3.2.2. Теория молекулярных орбиталей  3.2.3. Теория функционала плотности  3.2.4. Методы пост-Хартри–Фока  3.3. Химическая кинетика  3.3.1. Теория скорости реакции  3.3.2. Механизм и законы скорости  3.3.3. Катализ и кинетика ферментов  3.3.4. Динамика реакций  3.4. Спектроскопия и молекулярная структура  3.4.1. Инфракрасная спектроскопия  3.4.2. УФ-видимая спектроскопия  3.4.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  3.4.4. Масс-спектрометрия  3.4.5. Раманская спектроскопия  3.5. Поверхностная и коллоидная химия  3.5.1. Адсорбция и катализм  3.5.2. ПАВ и мицеллы  3.5.3. Коллоидная стабильность  3.5.4. Наноматериалы и интерфейсы
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Thin Layer Chromatography  4.1.4. Ионная хроматография  4.2. Электроаналитические методы  4.2.1. Вольтамметрия и Полярография  4.2.2. Кондуктометрия и потенциометрия  4.2.3. Кулонометрия  4.3. Спектроскопические методы  4.3.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.3.2. Флуоресцентная спектроскопия  4.3.3. Рентгеновская дифракция  4.3.4. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса  4.4. Хемометрика  4.4.1. Обработка данных и статистические методы  4.4.2. Мультдисциплинарный анализ  4.4.3. Машинное обучение в аналитической химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярное динамическое моделирование  5.2. Методы квантовой химии  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.4. Машинное обучение в химии  5.5. Аб иницио молекулярная динамика
  6. Биофизика и медицинская химия  6.1. Открытие и разработка лекарств  6.2. Кинетика ферментов и ингибирование  6.3. Подход к химической биологии  6.4. Взаимодействия белок-лиганд  6.5. Биоортогональная химия
  7. Химия материалов  7.1. Химия полимеров  7.1.1. Механизм полимеризации  7.1.2. Функциональные полимеры  7.1.3. Биоразлагаемые полимеры  7.1.4. Проводящие и полупроводниковые полимеры  7.2. Нанохимия  7.2.1. Наночастицы и наноструктуры  7.2.2. Наноматериалы на основе углерода  7.2.3. Квантовые точки  7.3. Энергетическая и экологическая химия  7.3.1. Battery and Fuel Cell Chemistry  7.3.2. Зеленая химия и устойчивые материалы  7.3.3. Фотокатализ

Докторант → Физическая химия → Поверхностная и коллоидная химия ↓


Адсорбция и катализм


В области физической химии изучение адсорбции и катализаторов имеет жизненно важное значение, особенно в поверхностной и коллоидной химии. Эта обширная тема тесно связана с различными областями химии, физики и даже биологии, отражая важные явления как в природных, так и в промышленных процессах. Этот текст объясняет основные принципы и приложения адсорбции и катализа с использованием простого языка и наглядных примеров.

Адсорбция

Адсорбция — это процесс, при котором молекулы газа или жидкости прилипают к поверхности твердого тела или жидкости. Это явление происходит, потому что поверхностные молекулы вещества имеют несбалансированные химические силы. В результате они могут привлекать и удерживать частицы различных веществ. Адсорбция — это процесс на поверхности, в отличие от абсорбции, которая охватывает весь объем вещества.

Типы адсорбции

Адсорбция может быть широко классифицирована на две категории:

  1. Физическая адсорбция (физисорбция): Этот тип включает слабые силы Ван дер Ваа́льса. В адсорбенте не происходит значительных химических изменений, и процесс обычно обратим. Примером физисорбции является прилипание молекул газа к поверхности угля.
  2. Хемisorбция: В хемisorбции молекулы удерживаются вместе химическими связями, которые сильнее сил Ван дер Ваа́льса. Процесс часто сопровождается химическими изменениями и является необратимым. Общим примером является адсорбция молекул кислорода на поверхности металлов с образованием оксидов металлов.

Изотерма адсорбции

Изотермы адсорбции описывают, как количество адсорбента на адсорбенте изменяется с давлением (или концентрацией) при постоянной температуре. Некоторые из известных изотерм адсорбции, используемых для объяснения поведения, следующие:

  1. Изотерма Лэнгмюра 
                q = (q_max * b * p) / (1 + b * p)

    Изотерма Лэнгмюра основана на предположении, что максимальная адсорбция соответствует насыщенному монослою адсорбатных молекул на поверхности адсорбента.

  2. Изотерма Фрейндлиха 
                q = k * c^(1/n)

    Уравнение изотермы Фрейндлиха является эмпирическим и описывает адсорбцию на неоднородных поверхностях или поверхностях, поддерживающих места с разной аффинностью.

Пример: адсорбция на активированном угле

Когда вода проходит через активированный уголь, примеси, такие как хлор, запахи и летучие органические соединения, адсорбируются на поверхности активированного угля. Этот процесс является основным методом, используемым для очистки питьевой воды.

Катализ

Катализ — это увеличение скорости химической реакции, инициируемой присутствием катализатора. Катализаторы — это вещества, которые предоставляют альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации, не расходуясь в процессе.

Типы катализа

Катализ может быть разделен на два основных типа:

  1. Гомогенный катализ: Катализатор находится в одной фазе с реагентами. Например, хлорный газ катализирует разложение озона в стратосфере, вступая в реакцию в газообразной фазе.
  2. Гетерогенный катализ: Катализатор существует в другой фазе, чем реагенты. Примером этого является каталитический конвертер в автомобилях, где твердые катализаторы помогают превращать газообразные загрязнители в менее вредные вещества.

Пример реакции: Процесс Габера

В процессе Габера железо служит катализатором для синтеза аммиака (NH3) из азота (N2) и водорода (H2):

        N2 (г) + 3H2 (г) → 2NH3 (г)
Этот процесс важен для производства аммиака, необходимого для удобрений.

Механизм катализа

Катализаторы работают, предоставляя альтернативный путь реакции. Это можно визуализировать следующим образом:

Реактивы Продукты Катализированный путь

Путь с катализатором (красный путь) имеет более низкий пик, чем некатализированный процесс (не показан), снижая требуемую энергию активации и ускоряя реакцию.

Энзиматический катализ

Ферменты — это биологические катализаторы, которые позволяют происходить биохимическим реакциям при относительно мягких условиях температуры и давления, обладая высокой специфичностью к своим субстратам. Например, фермент амилаза помогает расщеплять сложный крахмал на простые сахара, которые организм может легко усваивать.

Важность катализа

Катализаторы играют важную роль в промышленной химии при производстве химикатов, лекарств и биотоплива. Катализаторы помогают экономить энергию и ресурсы, увеличивая эффективность существующих процессов и позволяя производить меньше отходов. Кроме того, катализаторы позволяют проводить реакции, которые иначе было бы трудно осуществить в нормальных условиях.

Заключение

Концепции адсорбции и катализа имеют незаменимые приложения в различных областях науки и промышленности. Понимание этих процессов помогает развивать передовые материалы и инновационные технологии, решая глобальные проблемы устойчивости энергии, сокращение загрязнения и здоровья. Благодаря фундаментальному пониманию адсорбции и катализа, мы получаем представление о огромном потенциале поверхностной и коллоидной химии в продвижении научного прогресса и промышленного развития.


Докторант → 3.5.1


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (3.5)
Поверхностная и коллоидная химия
Следующий (3.5.2) →
ПАВ и мицеллы

Комментарии 



Адсорбция и катализм

https://www.chemistryelite.com/phd/3.5.1?ceal=ru