Магнитная конверсия орто-пара-водорода

Реакции орто — пара-превращения водорода (или дейтерия) можно проводить на катализаторах, содержащих неспаренные электроны. Парамагнитная конверсия протекает без диссоциации молекулы на атомы, и поэтому ее легко отличить от реакции на таких катализаторах, на которых идут реакции дейтеро-водородного обмена. Однако при высоких температурах водород может подвергаться диссоциативной хемосорбции и механизм обмена может усиливать орто —пара-конверсию. Считается, что парамагнитная конверсия обусловлена перпендикулярной плоскости поверхности вибрацией адсорбированной молекулы п.ри каждом колебании имеется возможность перехода, когда ядер ный спин молекулы водорода взаимодействует с неоднородным магнитным полем поверхности катализатора. Вероятность этого выражается формулой [c.157]

Водород существует в двух формах орто-, в которой ядра имеют параллельные спнны, и пара-, где спины антипараллельны. При температуре, близкой к абсолютному нулю, молекулы нахо-, дитси главным образом в геара-форме, в состоянии наиболее низкого энергетическогро уровня. При комнатной температуре около 75% водорода существует в орто-форме. (Две формы отличаются друг от друга различными физическими свойствами.) Так как ядерный спин исчезает в пара-форме водорода, эта форма не проявляет магнитных свойств газа. Парамагнитные соединении (например, Ог, редкоземельные элементы и радикалы) способствуют конверсии. Механизм конверсии, катализируемой атомами водорода, можно представить в виде [c.142]

Следует отметить, что в процессе длительной конверсии константа превращения уменьшается из-за отсутствия перемешивания. Скорость конверсии резко увеличивается (на несколько порядков) при адсорбции на твердых поверхностях, поэтому многие твердые вещества (активный уголь, оксиды металлов и т. п.) могут служить катализаторами этой реакции. Скорость конверсии сильно зависит от способа обработки поверхности катализатора и характера использованного катализатора, наличия примесей и от других факторов. Например, продолжительность половинной конверсии на различных адсорбентах типа квасцов изменялась для водорода от 400 до 7400 с. Процесс орто-пара-конверсии может быть ускорен ультразвуком, магнитным полем [321, 397]. [c.214]

Наиболее низкими частотами в молекулах воды характеризуются колебания ядерных спинов. Протон обладает механическим, илп спиновым (т. е. вращательным), моментом количества движения и магнитным моментом, создающим магнитное- поле вокруг протона. Величина напряженности этого поля в точке расположения второго протона достигает 10 9 (заметим, что поле на поверхности Земли около 1 9).ЯсНо, что у такой, как принято говорить, двухспиновой системы (ядро кислорода 0 ни механического, ни маг-иитного момента не имеет) существуют два состоянии основное, когда два спина антипараллельны, и возбужденное, когда они параллельны. Переходам между двумя состояниями в молекуле воды отвечает частота всего 4-10 Гц. Интересно отметить, что описанным переходам (называемым пара —орто ) в молекулах воды точно соответствует пара — орто-конверсия в молекулярном водороде. Другая фундаментальная, предельно низкая частота в спектре воды связана с наличием тяжелого изотопа водорода — дейтерия Н. Ядро дейтерия — дейтрон отличается от протона примерно в два раза большей массой. Заряд дейтрона, равный заряду протона, равномерно размазан между двумя составляющими его частицами — протоном и нейтроном, так что в итоге заряд дейтрона оказывается несферическим. Сигарообразная форма распределения положительного заряда ядра дейтерия приводит к тому, что энергия дейтрона зависит от того, как ось [c.109]

Реакция орто-пара-конверсии водорода может протекать по двум механизмам магнитному и химическому [22, 23]. Магнитный механизм обусловлен наличием неоднородного магнитного поля, образованного неспаренными [c.303]

Орто-пара-конверсия водорода в жидком состоянии связана с магнитным взаимодействием между молекулами ортоводорода. Так как эта реакция бимолекулярная, то скорость уменьшения концентрации ортоводорода [c.62]

Уже давно были сделаны интересные наблюдения, которые сейчас называют спиновым катализом. Возможно, один из первых изученных примеров спинового катализа - это орто-пара конверсия молекул водорода парамагнитными частицами. При столкновении с парамагнитной частицей молекула водорода оказывается в неоднородном магнитном поле, создаваемом парамагнитной частицей. Это поле, вообще говоря, разное в месте нахождения разных протонов. В результате динамики спинов протонов в неоднородном поле суммарный спин двух протонов не сохраняется, происходят синглет-триплетные (орто-пара) переходы. Таким образом, парамагнитные частицы ускоряют (катализируют) орто-пара конверсию водорода. [c.6]

В настоящее время для ряда реакций гидрирования [2—4], дегидрирования [5], орто — пара-конверсии водорода [6] установлено, что каталитическая активность металлов и сплавов уменьшается с уменьшением их магнитной восприимчивости, т. е. с заполнением -зоны катализатора. Д. Дауден и П. Рейнольдс [7], исследовавшие реакции гидрирования стирола, разложения муравьиной кислоты и метанола, распад перекиси водорода на железо-никелевых и медно-никелевых сплавах, установили, что каталитическая активность в случае первых трех реакций снижается параллельно заполнению -зоны. Для реакции распада перекиси водорода наблюдалась обратная зависимость. Значительный интерес представляет работа Г. Кунца и Л. Ринекера [8] по гидрированию ацетона на железо-никелевых сплавах. Максимум каталитической активности в этой реакции имеют сплавы, содержащие от 75 до 90% никеля. Если в сплаве, содержащем меньше 75% никеля и имеющем большое число -вакансий, заменить часть никеля на медь, т. е. уменьшить число -вакансий, можно добиться значительного повышения каталитическогг активности сплава. [c.193]

Другой, более косвенный метод обнаружения радикалов по их магнитным свойствам заключается в способности их катализировать орто-пара-конверсию водорода [14]. Чистый пара-водород очень медленно превращается в равновесную смесь одной части пара- и трех частей орто-водорода. Присутствие свободных радикалов сильно ускоряет это превращение. По кинетике превращения можно судить о концентрации радикалов. Такое ускорение происходит не только в газовой и жидкой фазах, но и на твердых поверхностях, имеющих радикальную природу (дифенилпикрилгидразил, уголь). Однако и этот метод весьма ограничен, поскольку он так же, как и предыдущий, не позволяет идентифицировать радикалы и встречает серьезные трудности при количественной обработке результатов. [c.9]

Скорость самопроизвольной орто-пара-конверсии, обусловленной магнитным взаимодействием орто-молеку.и, пропорциональна квадрату концентрация орто-модификации водорода [156] [c.214]

Купер и Эли [21] предложили изящный метод изучения активности сплавов палладия с золотом, который состоит в исследовании орто-пара-конверсии водорода. Мерой каталитической активности служила энергия активации реакции последняя сравнивалась с магнитной восприимчивостью (свойство, определяемое электронной структурой). Сплавы золота с палладием были выбраны ввиду того, что изменение параметров решетки при переходе от палладия к золоту невелико (0,19А) и почти линейно, причем все сплавы однородны и имеют гранецентрированную кубическую решетку. [c.32]

Авторы предполагают, что обменная реакция пара-орто-конверсии водорода протекает за счет влияния неоднородного магнитного поля, образуемого системой я-электронов полимера. Реакция проходит без заметной адсорбции молекул водорода на [c.232]

Параллель между магнитной чувствительностью и каталитической активностью элементов, служащих катализаторами, была доказана экспериментально в нескольких примерах. Фаркаш и Захссе [97] показали, что парамагнитные газы (кислород, двуокись азота и окись азота) индуцируют каталитическую конверсию pH2->i H2 таким же образом, как и ионы группы железа или ионы редких земель. Однако нельзя провести параллели между ролью парамагнитных катализаторов в этой реакции и ролью, которую они играют в любой другой известной реакции, так как пара- орто- превращение происходит без разрушения или образования химических связей, скорее оно заключается в изменении магнитных свойств существующей связи, поскольку магниты, как и следует ожидать, являются хорошими катализаторами для осуществления магнитных возмущений (Кассель). Розенбаум и Хогнесс [2П] нашли, что атомы иода катализируют пара-орто-превращение водорода вследствие своего парамагнетизма. Была сделана попытка сравнить изменения магнитных свойств определенных каталитических смесей при термической обработке, и их поведение при каталитическом разложении окиси азота или окислении окиси углерода [146]. Увеличение активности катализатора совпадало с образованием на поверхности парамагнитной аморфной пленки, специфичной для природы смешанных катализаторов в определенных интервалах температуры. [c.82]

Две из четырех кислородных форм, обсуждаемых в этой главе, а именно Ог и 0 , имеют неспаренный электрон. Их прич сутствие на поверхности окислительных катализаторов должно обнаруживаться магнитными методами. Из данных по дифракции электронов, полученных Волом и Шишаковым для системы серебро — кислород, следует ожидать, что парамагнитные ионы О образуются в большом количестве. Это ожидание, однако, не было полностью подтверждено экспериментами. Так как метод ЭПР к таким металлам, как серебро, по-видимому, неприменим, парамагнетизм может быть обнаружен только косвенными методами. Куммер [33] установил, что скорость орто-пара-конверсии водорода на серебре, обработанном кислородом, выше, чем на чистом серебре. Он объясняет это наблюдение наличием парамагнитных форм кислорода. Парамагнетизм адсорбированного кислорода, однако, очень слабо выражен и соответствует только одному неспареннЬму электрону на 150 А . [c.81]

По конверсии пара-водорода в обычную смесь орто и пара-водорода содержание бирадикальной формы (I) равно. -> 10% [117] на основании измерения магнитной восприимчивости—не более 2%, а на основании измерения магнитного резонанса—4% [34]. В п-ксениль-ных аналогах углеводорода Чичибабина [c.736]

Как уже указывалось, при обычных температурах не происходит самопрр извольного обмена между пара- и орто-водородом, за исключением того случая, когда в непосредственной близости имеется молекулярное магнитное поле. Но при температуре 700—800°С эта конверсия идет как гомогенная газовая реакция полуторного порядка, что соответствует реакции меж- [c.98]

Впервые эта возможность была использована О. Фаркашем уже в 1930 г. для определения концентрации атомов водорода при термической диссоциации водорода в широком интервале температур. Концентрации измерялись по скорости пара-орто-конверсии водорода, катализируемой, как известно, парамагнитными частицами. К сожалению, этот метод также мог быть применен лишь в весьма специальных случаях (прежде всего в отсутствие кислорода) и, так же как н предыдущие методы, не смог получить сколько-нибудь широкого применения. В конце 30-х годов Михаэлис предложил использовать для определения свободных радикалов в биолопических процессах и системах, моделирующих такие процессы, простое магнитное взвешивание. Он действительно показал, что в ходе ряда окислительно-восстановительных процессов в жидкой фазе наблюдаются изменения парамагнетизма, совпадающие по характеру с изменением скорости химического процесса. Применение этого приема также оказалось довольно ограниченным как в смысле идентификации строения радикалов, ответственных за парамагнетизм системы, так и еще более в смысле чувствительности, так как нетрудно убедиться, что надежные измерения возможны только в тех случаях, когда молярная концентрация радикалов превышает 1—2%. Это ограничение связано с тем, что метод определения магнитной восприимчивости основан на измерении разности между суммарной пара- и диамагнитной восприимчивостью всех частиц системы. Поскольку магнитный момент парамагнитной частицы обычно в 50—100 раз больше, чем диамагнитный вклад, то ясно, что при концентрациях меньше 1 % магнитный момент радикалов будет затушевываться сильным диамагнетизмом остальных молекул. Если учесть большие трудности точных измерений восприимчивости, особенно в условиях протекания химических реакций, невозможность получения количественных результатов в большинстве случаев очевидна. [c.15]

Я сожалею, если допустил неточность в трактовке работы Рубинштейна. Вероятно, сложный вопрос о загрязнениях поверхности окиси алюминия может быть разрешен методом ЭПР. Мы провели подобное исследование и не обнаружили ионов переходных металлов в заметной концентрации (эти металлы могут присутствовать в форме окислов). Это могло бы неопровержимо доказывать, что отмеченное поглощение водорода не связано с простым восстановлением окислов переходных металлов, наиример FeaOg. Однако мы недавно обнаружили [7], что пара-орто-конверсия водорода над окисью хрома сильно ускоряется при наложении внешнего магнитного поля. Если это явление обусловлено увеличением магнитного момента парамагнитной фазы в присутствии поля, то приведенная выше интерпретация данных ЭПР становится сомнительной. То же можно сказать и о применении метода ЯМР, а также об исследованиях магнитной восприимчивости катализаторов. Таким образом, необходимо дальнейшее исследование эффекта ускорения пара-ор-то-конверсии водорода. [c.249]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология