Катализатор из графита
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Исследователи создали новые соединения, в состав которых входят графит, железо, никель, марганец. Новый класс соединений находит широкое применение в технике и химии. Есть в таблице Менделеева особое место. Его занимают переходные металлы: железо, кобальт, никель, палладий и подобные им. Оболочки атомов этих металлов недостроены. До «кворума» не хватает одного или нескольких электронов. Но если бы и удалось, скажем, к атому палладия пристроить этот недостающий электрон, все равно атом не смог бы удержать его на своей незаполненной оболочке. Пристроенный станет первым электроном новой оболочки. Так родится уже другой элемент, с другим порядковым номером менделеевской таблицы, с резко отличающимися от предыдущего элемента свойствами.
Здесь, на границе скачка, когда количество электронов переходит в качество материала, у переходных металлов могут появляться самые неожиданные свойства и возможности.
Ученые несколько лет назад получили из двух переходных металлов сплав, совершенно не похожий на своих «предков». На медном охлаждаемом поде электровакуумной печи расплавили два белых металла — палладий и индий — и, к всеобщему удивлению, получили невиданный ярко-сиреневый сплав с великолепными электротехническими и антикоррозийными свойствами.
Но самыми удивительными открытиями в новой области химии стали не соединения переходных металлов между собой, а их соединения с другими материалами и, в частности, с графитом, самой распространенной формой свободного углерода на Земле, досконально изученным и широко применяющимся в технике.
В пространстве между атомными сетками графита можно внедрять различные химические элементы и соединения, и в частности переходные металлы. При этом получается как бы слоистый пирог с начинкой, в котором начинка и раздвигает основные слои. Получаются слоистые соединения графита, в которых нет прочных связей между атомами углерода и атомами внедренного вещества.
Так были получены графитовые комплексы с железом, никелем, кобальтом, палладием, марганцем и многими другими металлами. Эти комплексы благодаря своим свойствам сразу нашли самое широкое применение в промышленности. Достаточно сказать о граффито-медных щетках электрических машин, срок службы которых, по сравнению с чисто графитовыми, сразу увеличился в десятки раз.
На основе новых материалов был создан новый класс катализаторов, способных не только ускорять химические реакции, но и регулировать взаимодействие бурно реагирующих веществ, что с помощью обычных катализаторов делать практически невозможно.
В ходе исследований установлено еще одно устройство графито-металлических катализаторов, которое трудно переоценить. С их помощью можно превращать каменный уголь в сравнительно дешевое жидкое топливо, которое по обычной технологии получается пока дороже нефтяного. И тут снова действует механизм каталитического распада углеродной сетки, в котором важную роль играют переходные металлы.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.