Sabatierov reaktor. Môže Sabatierova reakcia ovplyvniť vozidlo? Podpora života vesmírnej stanice

Kde K je Stern-Volmerova konštanta, je životnosť excitovaného stavu v neprítomnosti zhášadla, φ0 je kvantový výťažok bez zhášadla. Sekundárne reakcie (fotochemické a tmavé) - prebiehajú za účasti produktov primárnych fotochemických reakcií. 4.3. Radiačno-chemické reakcie Vyskytujú sa v dôsledku vystavenia ionizujúcemu žiareniu s kvantovou energiou vyššou ako 50 eV (>5000 kJ/mol). Výťažok žiarenia G je počet transformačných udalostí na 100 eV absorbovanej energie. 5. Katalýza Katalýza je jav pozostávajúci z excitácie alebo zrýchlenia chemických reakcií pod vplyvom špeciálnych látok - katalyzátorov, ktoré opakovane vstupujú do intermediárnych chemických interakcií s účastníkmi reakcie a obnovujú ich chemické zloženie po každom cykle intermediárnych interakcií. Homogénna katalýza je katalýza, pri ktorej je katalyzátor v rovnakej fáze s reakčnou zmesou. Enzymatická katalýza je katalýza biologickými katalyzátormi – enzýmami. Heterogénna katalýza je katalýza, pri ktorej je katalyzátor vo fáze odlišnej od reakčnej zmesi. Stupeň kompenzácie: Di Ea, Di kde Di je energia väzieb prerušených pri reakcii, Ea je aktivačná energia reakcie. charakterizuje plynulosť reakcie - kompenzácia energie porušených väzieb na úkor energie vytvorených väzieb. Metódy zvýšenia - realizácia transformácie v niekoľkých etapách, fúzovaný mechanizmus, reťazový mechanizmus. Hlavné typy katalytických reakcií: 1. Hydrogenácia R1=R2 + H2 R1H-R2H; 71 2. Hydroformylácia R1=R2 + CO + H2 R1H-R2-CHO; 3. Karboxylácia R1=R2 + CO + H20 R1H-R2-COOH; 4. karbonylácia R-X + CO R-COX; 5. izomerizácia; 6. Polymerizácia; 7. Metatéza X=Y + Z=U X=Z + Y=U; 8. Oxidácia (kooxidácia). 5.1. Homogénna katalýza Katalyzátor a všetci účastníci reakcie sú v rovnakej fáze. Typy katalyzátorov: kovové komplexy, kovové ióny, kyseliny a zásady, atómy a radikály. Elementárne reakcie komplexov kovov – adícia, substitúcia, oddelenie ligandu; preskupenie ligandu; oxidačná adícia, redukčná eliminácia; vloženie cez väzbu kov-ligand. Acidobázická katalýza – katalýza kyselinami a zásadami. Príklady dôležitých reakcií: izomerizácia uhľovodíkov, alkylácia, krakovanie (štiepenie na fragmenty), tvorba esterov, aldolová kondenzácia, dehydratácia, polymerizácia. Najjednoduchší mechanizmus kyslej katalýzy: k1 S + H+ SH+, k 1 k SH+ 2 P + H+. Všeobecná acidobázická katalýza – ak rýchlosť katalytickej reakcie závisí od koncentrácie kyslej (zásaditej) alebo disociovanej (protónovanej) formy. Špecifická acidobázická katalýza - ak rýchlosť reakcie závisí predovšetkým od koncentrácií H+ a OH-, alebo kyslosti média pri vysokých koncentráciách kyselín. Pre rovnaký reakčný mechanizmus závisí typ acidobázickej katalýzy od toho, ktorý stupeň je limitujúci. Rozdiel medzi špecifickou a všeobecnou acidobázickou katalýzou izotopovým efektom: 72 – špecifická katalýza kH2O1, kD2O – všeobecná katalýza kH2O2. k D2O Silne kyslé médium. Kyslosť média podľa Hammetta: S 1 h0 aH KSH , SH K [S] [S] Merané pomocou indikátorov. Funkcia kyslosti prostredia gamét: SH H0 lg h0 pH lg. SH Kyslosť podľa Hammetta sa určuje pomocou série protónovaných indikátorov - alkoholy (reakcia dehydratácie), nenasýtené uhľovodíky atď. Superkyseliny - majú H0< -12. Для щелочных растворов используют Н–, определяемую с помо- щью оснований: H pK AH lg pH lg AH . A H Функция кислотности HR Дено: для индикаторов-спиртов, например, трифенилкарбинола ROH + H+ = R+ + H2O, a ROH HR lg h R lg H . a H 2O R Соотношение Бренстеда для константы скорости общего ки- слотно-основного катализа: kA = a KA , где kA – константа скорости реакции переноса протона, KA – кон- станта кислотности (диссоциации) катализатора; а и – констан- ты. Пример катализа атомами (радикалами) – разложение озона: Cl + O3 k1 ClO + O2, 73 k2 ClO + O3 Cl + 2O2. 5.2. Ферментативный катализ Ферментативный катализ - это катализ биологическими ка- тализаторами белковой природы – ферментами (энзимами). Важнейшие классы ферментов: - оксидоредуктазы (окисление и восстановление), - трансферазы (перенос функциональных групп), - гидролазы (гидролиз), - лиазы (присоединение по двойной связи или элиминирование), - изомеразы (изомеризация), - лигазы (эндотермическое образование связей). Простейший механизм ферментативного катализа k1 S E ES , k 1 2 k ES P E, где S – субстрат, E – энзим (фермент), P – продукт. Уравнение Михаэлиса–Ментен (Michaelis–Menten equation) для скорости ферментативной реакции выведено при помощи ква- зистационарного приближения по комплексу фермент-субстрат ES: dC P k 2C0 E W , dt 1 K M / CS k k2 где K M 1 – константа Михаэлиса. k1 Конкурентное ингибирование – ферментативная реакция в присутствии ингибитора In, вступающего в конкуренцию за свя- зывание с активным центром фермента: k1 S E ES , k 1 k In E EIn , k 74 k2 ES P E. Связывание с ингибитором – равновесная стадия. Константа ин- гибирования KIn: k CIn CE K In . k CEIn Скорость ферментативной реакции с конкурентным ингибирова- нием: dC P k 2 C0 E W , dt 1 K M 1 K In / CIn / CS k 1 k2 где K M – константа Михаэлиса. k1 5.3. Гетерогенный катализ При гетерогенной каталитической реакции катализатор и участники реакции находятся в разных фазах. Типы катализаторов: массивные, нанесѐнные (нанесены на инертный носитель), закреплѐнные (активный центр закреплѐн на носителе). Примеры активных компонентов гетерогенных катализато- ров: металлы, комплексы металлов, оксиды, сульфиды, кислоты и основания, ферменты. Удельная каталитическая активность Ауд, моль/(с м2): Wк W0 Wк A уд, SАК SАК где WК – скорость реакции в присутствии катализатора (моль/с); W0 – скорость реакции в отсутствии катализатора (моль/с); SАК – площадь активного компонента катализатора (м2). Число оборотов (turnover frequency, TOF) (моль/с или с-1): WК W0 A АЦ, N АЦ где NАЦ – число активных центров катализатора (моль или штук). Изотерма адсорбции Лэнгмюра (Langmuir isotherm). Спра- ведлива для монослойной адсорбции на однородных поверхно- стях. – Молекулярная адсорбция (molecular adsorption): 75 KA A(газ) + Z A(адс), NK A C A K ACA AA , A , 1 K ACA 1 K ACA где AA – адсорбция вещества А (моль); N – число адсорбционных мест Z на поверхности; KA – константа адсорбции А (л/моль); СА – концентрация А в гомогенной фазе (моль/л); - заполнение по- верхности веществом А (безразмерно). Для многокомпонентной смеси в гомогенной фазе заполнение поверхности компонентом Аi: K Ai CAi Ai . 1 K A j CA j – Диссоциативная адсорбция (dissociative adsorption): KA A2 + 2Z 2AZ, K ACA A . 1 K AC A Закон действующих поверхностей: скорость химической ре- акции между частицами на поверхности пропорциональна запол- нениям поверхности реагентами: ni W k i . Механизм Лэнгмюра–Хиншельвуда (Langmuir–Hinshelwood mechanism) – реакция проходит между адсорбированными части- цами. Описывает большинство каталитических реакций. KA A+Z AZ, KB B+Z BZ, k AZ + BZ P + 2Z. Скорость реакции: kK A K BC A C B W k A B . 1 K A C A K BC B 2 Механизм Или–Ридила (Eley–Rideal mechanism) – это удар- ный механизм, включающий реакцию между адсорбированной 76 частицей и частицей в гомогенной (газовой) фазе. Описывает ре- акции осаждения на поверхности. KA A+Z AZ, k AZ + B P +Z, Скорость реакции: kK A C A C B W k ACB . 1 K ACA Размерности констант скорости реакций на поверхности: первого порядка – с-1, второго порядка – с-1см2 , при размерности концентраций в см-2. Принцип Сабатье (the principle of Sabatier) – для достижения максимальной скорости гетерогенной каталитической реакции промежуточные вещества должны быть адсорбированы сильно, но не слишком сильно. Логарифм скорости реакции линейно рас- тет и затем линейно падает с увеличением теплоты адсорбции ин- термедиата (вулканообразный график). 6. Автокаталитические и колебательные реакции 6.1. Автокаталитические реакции Автокаталитическая реакция катализируется одним из про- дуктов реакции, например, иодирование ацетона, катализатор – продукт Н+. Имеет период индукции (induction period), когда на- капливается продукт-катализатор. Автокаталитическая реакция может развиться, если изначально присутствует продукт- катализатор (затравка) или параллельно идет некаталитическая реакция. Пример: A B k 2B , A 0 a, B 0 b . k b a t b e 1 B b . b ka b t 1 e a 77 6.2. Исследование на устойчивость стационарных состояний по Ляпунову Кинетические уравнения для промежуточных продуктов реакции представляют собой систему дифференциальных уравнений: C1 F1(C1,C2 ,...) , t C2 F2 (C1,C2 ,...) , t …. Сокращенно обозначим систему в векторном виде X F(X, k) , t где X – вектор концентраций промежуточных веществ; k – вектор параметров. Процедура исследования на устойчивость 1. Нахождение стационарных состояний (особых точек) путем приравнивания каждого кинетического уравнения для про- межуточных продуктов к нулю: F(X, k) =0. Получаем стационарные состояния (C10, C20, …)1, (C10, C20, …)2, … Обозначим их векторно X1, X2, … 2. Линеаризация системы кинетических уравнений в окрестно- сти стационарных состояний. Разлагаем дифференциальные уравнения в ряд Тейлора до первого члена в окрестности каждого стационарного состояния Xj. C1 F1 0 (Ci Ci) , t i Ci X j C2 F2 0 (Ci Ci) , t i Ci X … 3. Делаем замену переменных i = Ci – Ci0. Получаем систему линейных дифференциальных уравнений. 78 i Fi j. t j Cj X X0 4. Составляем характеристическое уравнение. Находим собст- венные числа полученной системы линейных дифференци- альных уравнений. Для этого для каждого стационарного состояния составляем и решаем характеристическое уравне- ние F1 F1 ... C1 X C2 X j j F2 F2 ... 0. C1 X C2 X j j ... ... ... Получаем корни уравнения 1, 2, … – собственные числа матрицы. 5. Производим оценку устойчивости каждого стационарного состояния исходя из полученных для него значений i. если для всех Re() < 0, то особая точка асимптотически устой- чива; если хотя бы для одного Re() >0, potom je singulárny bod nestabilný; ak 1< 0, 2 >0, potom ide o singulárny bod sedlového typu, rozdvojenie; ak Re() = 0, potom štúdia nemôže odpovedať na otázku stability, je potrebné uvažovať o expanzii do vyšších stupňov. Ak Im() 0, potom ide o špeciálny typ bodu zaostrenia - trajektórie systému sa otáčajú okolo tohto bodu. Vyskytujú sa výkyvy v koncentráciách medziproduktov. Navyše, ak všetky Re()< 0, то фокус сходящийся, колебания затухающие, а если есть Re() >79 0, potom je ohnisko divergentné, ak všetky Re() = 0, potom ide o nehrubé ohnisko. Príklad. Schéma Lotka – Volterra. A – tráva, x1 – zajace, x2 – vlci. A x1 k1 2 x1 , k2 x1 x 2 2 x2 , k3 x2 F. Nižšie pre jednoduchosť predpokladáme x1 ≡ , x2 ≡ . 1. Nájdenie všetkých stacionárnych stavov (singulárnych bodov) zo sústavy rovníc: dx1 dx2 k1[ A] x1 k2 x1 x2 0, k2 x1 x2 k3 x2 0. dt dt k3 k1[A] Stacionárne stavy: (x1=0, x2 = 0); (x1,x2). k2 k2 2. Linearizácia sústavy kinetických rovníc sériovým rozširovaním na prvý člen v okolí stacionárneho stavu: dx1 k1[ A] k2 x2 Xj (x1 x10) k2 x1 Xj (x2 x2 0), dt dx2 k2 x2 Xj (x1 x10) k2 x1 k3 Xj (x2 0 x2) . dt Pre prvý stacionárny stav: dx1 dx2 k1[ A] x1 0 x2 , 0 x1 k3 x2 . dt dt Pre druhý stacionárny stav: dx1 0(x1 x1 0) k3 (x2 0 x2) , dt dx2 k1[ A] (x1 x10) 0(x2 0 x2) . dt 3. Zmena premenných 1 = x1 – x10, 2 = x2 – x20. 4. Zostavíme charakteristickú rovnicu a nájdeme jej korene. Pre prvý ustálený stav: 80

A Potvrdenie
1. ReakciaWurtz : vplyv kovového sodíka na monohalogénované uhľovodíky. Karbónová kostra sa zdvojnásobí. Reakcia je vhodná na prípravu symetrických alkánov.
2CH3 –CH2Br + 2Na = CH3 –CH2 –CH2 –CH3 +2NaBr

2. Reakcia Dumas: dekarboxylácia solí karboxylových kyselín – fúzia s alkáliami.
CH 3 COONa (tv.) + NaOH (tv.) = CH 4 + Na 2 CO 3

3. Reakcia Kolbe: elektrolýza roztokov solí karboxylových kyselín:
CH3COONa + 2H20 = [elektrický prúd] = 2CO2 + H2 + C2H6 + 2NaOH

4. Syntéza Gustavson: eliminácia dvoch halogénových atómov z dihalogénalkánov:
ClCH2-CH2-CH2-CH2Cl + Zn = C4H8 (cyklobután) + ZnCl2
Namiesto horčíka možno použiť zinok.

5. Syntéza Lebedeva: získanie butadiénu z etanolu.
2C2H5OH = H2 + 2H20 + CH2=CH-CH=CH2

Chemické vlastnosti
1. Reakcia Konovalovej– nitrácia alkánov zriedenou (10 %) kyselinou dusičnou:
C2H6 + HN03 = C2H5N02 + H20
Selektivita nitrácie:
terciárny atóm sekundárny atóm primárny atóm uhlíka.

2. Účinok Harasha: pridanie bromovodíka v prítomnosti peroxidu. Reakcia prebieha proti Markovnikovovmu pravidlu:
CH3-CH = CH2 + HBr = [H202] = CH3-CH2-CH2Br

3. Reakcia Wagner: reakcia so studeným vodným roztokom manganistanu draselného - mierna oxidácia alkénov (vzniká diol)
3CH3-CH = CH2 + 2KMn04 + 4H20 = 2Mn02 + 2KOH + 3CH3-CH(OH)-CH2(OH)

4. Reakcia Kucherovej: hydratácia alkínov. K prídavku vody dochádza v prítomnosti solí ortuti (II) a dochádza k nej vytváraním nestabilného enolu, ktorý sa izomerizuje na aldehyd alebo ketón. Hydratácia acetylénu poskytuje aldehyd a iné alkíny poskytujú ketón.
C2H2 + H20 = CH3CHO

5. Reakcia Zelinského: trimerizácia acetylénu na aktívnom uhlí. Vzniká benzén.
3C2H2 = C6H6

6. Reakcia Zinina: redukcia nitrozlúčenín v roztoku v alkalickom a neutrálnom prostredí:
R-N02 + 3(NH4)2S = R-NH2 + 3S + 6NH3 + 2H20

ČO NÁS SPOJE...

Arbuzovova reakcia (Arbuzov prešmyk, Arbuzov izomerizácia) Katalytická izomerizácia esterov kyseliny fosforitej na estery kyseliny alkylfosfínovej (1904).

Beilsteinovo pravidlo Ak oba substituenty na aromatickom kruhu patria k rovnakému typu, potom prevládajúci smer substitúcie je určený tým, ktorého vplyv je silnejší (1866).

Beilsteinov test Objav halogénov v organických zlúčeninách kalcináciou na oxidovanom medenom drôte ( 1872 ). Látka zmiešaná s CuO sa nanesie na medený (alebo platinový) drôt a zavedie sa do plameňa; Výsledné prchavé halogenidy medi farbia plameň na zeleno alebo modrozeleno.

ČinidloBenedicta (skústeBenedicta) . Detekcia alifatických aldehydov pôsobením vodného roztoku obsahujúceho síran meďnatý CuSO 4, uhličitan sodný Na 2 CO 3 a citrát sodný. Pri zahrievaní sa tvoria červené, žlté a zelené zrazeniny.

Borodinová reakcia Rozklad močoviny:

Butlerov-Lermontova-Eltekovova reakcia Príprava uhľovodíkov izoštruktúry katalytickou alkyláciou nižších olefínov alkylhalogenidmi (1878).

Wagnerova reakcia (Wagnerova oxidácia, manganistanový test). Oxidácia organických zlúčenín obsahujúcich dvojitú väzbu pôsobením 1-3% roztoku manganistanu draselného ( 1887 ) V cis-a-glykoly v alkalickom prostredí (považované za pozitívne, ak sa roztok manganistanu v kyslom prostredí rýchlo odfarbí alebo v alkalickom a neutrálnom prostredí zhnedne):

Wöhlerova reakcia Interakcia karbidu vápnika s vodou (1862). Reakcia nadobudla praktický význam po tom, čo A. Moissan a T. Wilson vyvinuli spôsob lacnej výroby karbidu vápnika v elektrickej peci tavením koksu a vápna (1892).

Williamsonova reakcia (Williamsonova metóda). Príprava éterov z alkylhalogenidu a alkoxidu sodného (alebo draselného):

Wurtzova reakcia. . Syntéza alkánov pôsobením kovového sodíka v inertnom rozpúšťadle na alkylhalogenidy (1855):
V všeobecný pohľad:

Wurtz-Fittigova reakcia. . Príprava alkylbenzénov zo zmesi alifatických a aromatických halogenidov pôsobením kovového sodíka v inertnom rozpúšťadle (1864):

Harryho reakcia.(1866-1923), profesor (Nemecko). Hlavný výskum je venovaný chémii kaučuku. Predseda Nemeckej chemickej spoločnosti (1920-1922). Tvorba ozonidov.

Guttermanova reakcia. Príprava aromatického aldehydu reakciou fenolu s chlorovodíkom a kyanovodíkom v prítomnosti katalyzátorov (Lewisových kyselín) s následnou hydrolýzou produktu (1898):

Pravidlá Hollemannovej orientácie Orientanty (substituenty) prvého druhu (CH 3 , C 2 H 5 , halogény, aminoskupina, hydroxyl) zvyšujú reaktivitu aromatického kruhu a smerujú činidlá do polohy orto a para.
2. Orientanty (substituenty) druhého druhu (nitro a sulfoskupiny, karboxylové a karbonylové skupiny) znižujú reaktivitu aromatického kruhu a smerujú činidlá do polohy meta (1895). (Tieto efekty sú teraz vysvetlené na základe elektronických konceptov: mezomérne a indukčné efekty, 1920).

Hoffmannova reakcia. Príprava alifatických amínov z alkylhalogenidov:
a tak ďalej, kým sa nevytvorí terciárny amín (CH3)3N.

Grignardovo činidlo. Syntéza organických látok z alkylhalogenidov a horčíka v éteri. Reakciu objavil P. Barbier v roku 1899 a podrobne ju študoval V. Grignard v roku 1900:
Grignardovo činidlo RMgX sa používa na adíciu na viacnásobných väzbách

Gustafsonova reakcia. Príprava cykloalkánov z dihalogénderivátov ( 1887 ).

Diels-Alderova reakcia (syntéza diénu ) Pridanie nenasýtenej zlúčeniny, ktorej násobná väzba je aktivovaná susednou skupinou (takáto zlúčenina sa nazýva „ dienofil": akroleín, anhydrid kyseliny malónovej, krotónaldehyd) na nenasýtený uhľovodík ( dién), ktorý má konjugované dvojité väzby (butadién, cyklohexadién, antracén, furán) (1928).

Zaitsevovo pravidlo. Odstránenie halogenovodíkových kyselín z alkylhalogenidov alebo vody z alkoholov prebieha prevažne tak, že vodík z najmenej hydrogenovaného susedného atómu uhlíka odchádza s halogénom alebo hydroxylom ( 1875 ):

Zelinského-Kazanského reakcia (Zelinsky-Kazanského metóda). Trimerizácia acetylénu (polymerizácia acetylénu) na aktívnom uhlí pri zahrievaní (1924) :

Zelinského reakcia (ireverzibilná katalýza, Zelinského katalýza) Katalytická disproporcionácia cyklohexadiénu a cyklohexénu (1911):

Zinina reakcia. Redukcia aromatických nitrozlúčenín ( 1842 ):

Cannizzarova reakcia. Redoxná disproporcionácia dvoch molekúl aromatického aldehydu v alkalickom prostredí, čo vedie k vytvoreniu alkoholu a kyseliny (1853):

Kirchhoffova reakcia. Získavanie glukózy hydrolýzou škrobu jeho zahrievaním s katalyzátorom - zriedenou kyselinou sírovou ( 1811 ):

Clemmensenova reakcia (Clemmensenova redukcia). Redukcia aldehydov a ketónov na homológy benzénu vodíkom v čase jeho izolácie (redukcia karbonylovej skupiny na metylén) (1913):

Kolbe-Schmittova reakcia. Príprava aromatických hydroxykyselín karboxyláciou fenolátov alkalických kovov (1860):

Kolbeho reakcia (elektrochemická). Príprava alkánov s párnym počtom atómov uhlíka elektrolýzou roztokov solí alkalických kovov a karboxylových kyselín s priamym uhlíkovým reťazcom (1849):

Konovalovova reakcia. Príprava nitroalkánov ( 1888 ):

Kucherovova reakcia (Kucherovova hydratácia). Katalytická hydratácia acetylénových uhľovodíkov s tvorbou zlúčenín obsahujúcich karbonyl ( 1881 ):

Lebedevova reakcia. Príprava butadiénu pyrolýzou etanolu (1926 ):

Ľvov-Šešukovova reakcia. Chlorácia olefínov do a-polohy k dvojitej väzbe, sprevádzaná alylickým posunom dvojitej väzby (1883):

Markovnikovovo pravidlo. V prípade adície zlúčenín obsahujúcich vodík (protické kyseliny alebo voda) k nesymetrickému alkénu sa atóm vodíka prednostne viaže na najviac hydrogenovaný atóm uhlíka umiestnený na dvojitej väzbe ( 1869 ):

Nastyukovova reakcia (formalitová reakcia). Reakcia aromatických uhľovodíkov s formaldehydom (stanovenie aromatických uhľovodíkov) v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej (1904):
Tvorba červenohnedej živice potvrdzuje prítomnosť benzénu a jeho homológov. Reakcii bráni prítomnosť nenasýtených cyklických zlúčenín.

Vláda Nesmeyanova-Borisova. Pri zachovaní geometrickej konfigurácie molekuly látky dochádza k elektrofilným a radikálovým substitúciám na atóme uhlíka spojenom dvojitou väzbou uhlík-uhlík.

Reimer-Tiemannova reakcia. Získanie aromatických O-oxyaldehydy reakciou fenolu s chloroformom v alkalickom roztoku. Reakcia zavádza aldehydovú skupinu do benzénového kruhu (substitúcia sa zvyčajne vyskytuje v polohe orto):

Rosenmundova reakcia. Príprava aromatických aldehydov z chloridov kyselín v benzéne, toluéne a iných aromatických uhľovodíkoch:
Reakciu objavil M. M. Zaitsev v roku 1872 a podrobne ju študoval K. V. Rosenmund v roku 1918.

Sabatier-Sunderanova reakcia. Hydrogenácia etylénu na etán v kvapalnej fáze v prítomnosti jemne rozptýleného niklu ako katalyzátora (1899):

Savichova reakcia. Príprava alkínov z dihalogénových derivátov alkánov (1861):

Selivanovov test. kvalitatívny objav fruktózy ( 1887 ) (ketózy po zahriatí s rezorcinolom a kyselinou chlorovodíkovou poskytujú čerešňovo-červenú farbu; aldózy za rovnakých podmienok reagujú pomalšie a poskytujú svetloružovú farbu):
(Môžete použiť roztok pozostávajúci z 0,05 g rezorcinolu v 50 ml vody a niekoľkých kvapiek koncentrovanej kyseliny chlorovodíkovej s hustotou 1,19 g/ml.)

Reakcia Tiščenka. Disproporcionácia aldehydu - získanie esteru z aldehydu - v prítomnosti alkoxidu hlinitého (1906):

Tollensov test (reakcia „strieborného zrkadla“). Reakcia formaldehydu s amoniakovým roztokom oxidu strieborného (Tollensovo činidlo):

Ullmannova reakcia. Príprava vyšších aromatických homológov z arylhalogenidov pôsobením práškovej medi:

Favorského reakcia. Kondenzácia karbonylových zlúčenín s alkínmi za vzniku acetylénových alkoholov:

Fischer-Tropschova syntéza. Príprava alkánov katalytickou hydrogenáciou (reakcia s vodíkom) oxidu uhoľnatého pod tlakom (1923).

Fokine reakcia. Hydrogenácia tukov (1902):

Friedel-Craftsova reakcia. Alkylácia alebo acylácia aromatických zlúčenín alkylovými alebo acylhalogenidmi (príprava benzénových homológov) v prítomnosti bezvodého katalyzátora (AlCl3, BF3, ZnCl2 atď.) (1877):

Chugaevova reakcia (xantogénna reakcia). Konverzia alkoholov na alkény tepelným rozkladom xantogénéterov získaných z týchto alkoholov (1902).

Krakovanie podľa Shukhova. Vysokoteplotné spracovanie ropných surovín na získanie produktov s nižšou molekulovou hmotnosťou - štiepenie ropných uhľovodíkov (1891).

Eltekovovo pravidlo (Eltekovovo preskupenie). Zlúčeniny, v ktorých je hydroxylová skupina umiestnená na atóme uhlíka tvoriacom násobnú väzbu uhlík-uhlík (enoly), sú nestabilné a izomerizujú sa na zodpovedajúce karbonylové zlúčeniny - aldehydy alebo ketóny (1877):

Yuryevova reakcia. Interkonverzie 5-členných heterocyklických zlúčenín obsahujúcich jeden heteroatóm (1936).

Ako účinnejší katalyzátor možno použiť ruténium s oxidom hlinitým. Proces je opísaný nasledujúcou reakciou:

C02 + 4H2 -> CH4 + 2H20+ energie∆H = −165,0 kJ/mol (na spustenie reakcie je potrebné určité počiatočné množstvo energie/tepla)

Podpora života vesmírnej stanice

V súčasnosti generátory kyslíka na palube Medzinárodnej vesmírnej stanice vyrábajú kyslík z vody elektrolýzou a výsledný vodík uvoľňujú do vesmíru. Pri dýchaní kyslíka vzniká oxid uhličitý, ktorý je potrebné zo vzduchu odstrániť a následne zlikvidovať. Tento prístup vyžaduje, aby sa do vesmírnej stanice pravidelne dodávalo značné množstvo vody na výrobu kyslíka, okrem vody na pitie, hygienu atď. Táto významná zásoba vody nebude k dispozícii pri budúcich dlhodobých misiách mimo obežnej dráhy Zeme.

Tretím a možno elegantnejším riešením stechiometrického problému by bolo spojiť Sabatierovu reakciu a reakciu vodíka s oxidom uhličitým v jedinom reaktore nasledovne:

3C02 + 6H2 -> CH4 + 2CO + 4H20

Táto reakcia je mierne exotermická a pri elektrolýze vody umožňuje dosiahnuť pomer medzi kyslíkom a metánom 4:1, čo poskytuje veľkú zásobu kyslíka. Podľa schémy, keď sa zo Zeme dodáva len ľahký vodík a na mieste sa vyrába ťažký kyslík a uhlík, je zabezpečený hmotnostný prírastok 18:1. Toto využitie miestnych zdrojov by viedlo k významnej úspore hmotnosti a nákladov pri akýchkoľvek pilotovaných misiách na Mars (alebo robotických misiách na dodávku pôdy).

Napíšte recenziu na článok "Sabatierova reakcia"

Úryvok charakterizujúci Sabatierovu reakciu

"Ale ak sa ti z nejakého dôvodu so mnou nechce hovoriť," povedal starý muž, "tak to povedz, môj pane." - A zrazu sa nečakane usmial, otcovsky nežný úsmev.
"Ach nie, vôbec nie, naopak, som veľmi rád, že ťa spoznávam," povedal Pierre a znova sa pozrel na ruky svojho nového známeho a pozrel sa bližšie na prsteň. Videl na ňom Adamovu hlavu, znak slobodomurárstva.
"Dovoľte mi opýtať sa," povedal. -Ste murár?
„Áno, patrím do bratstva slobodných kamenárov,“ povedal cestovateľ a hľadel hlbšie a hlbšie do Pierrových očí. "V mene svojom aj v ich mene k tebe podávam bratskú ruku."
"Obávam sa," povedal Pierre s úsmevom a váhal medzi dôverou, ktorú mu vštepila osobnosť slobodomurára, a zvykom zosmiešňovať presvedčenie slobodomurárov, "obávam sa, že som veľmi ďaleko od toho, aby som pochopil, ako aby som to povedal, obávam sa, že môj spôsob myslenia o všetkom, čo je vesmír, je taký opačný ako váš, že si nebudeme rozumieť.
„Poznám váš spôsob myslenia,“ povedal slobodomurár, „a tento spôsob myslenia, o ktorom hovoríte a ktorý sa vám zdá byť výsledkom vašej duševnej práce, je spôsob myslenia väčšiny ľudí. monotónne ovocie pýchy, lenivosti a nevedomosti.“ Prepáčte, môj pane, keby som ho nepoznal, nebol by som s vami hovoril. Tvoj spôsob myslenia je smutný klam.
"Ako môžem predpokladať, že sa mýliš aj ty," povedal Pierre a slabo sa usmial.
"Nikdy sa neodvážim povedať, že poznám pravdu," povedal Mason, čím viac a viac zarazil Pierre svojou istotou a pevnosťou reči. – Nikto nemôže sám dosiahnuť pravdu; „Iba kameň po kameni, za účasti všetkých, miliónov generácií, od praotca Adama až po naše časy, sa stavia chrám, ktorý by mal byť dôstojným príbytkom Veľkého Boha,“ povedal slobodomurár a zavrel oči.
"Musím ti povedať, neverím, neverím... verím v Boha," povedal Pierre s ľútosťou a námahou, cítiac potrebu vyjadriť celú pravdu.
Mason sa pozorne pozrel na Pierra a usmial sa, ako by sa bohatý muž, ktorý držal v rukách milióny, usmieval na chudobného muža, ktorý by mu povedal, že on, chudák, nemá päť rubľov, ktoré by ho mohli urobiť šťastným.
"Áno, nepoznáš Ho, môj pane," povedal slobodomurár. – Nemôžete Ho poznať. Ty Ho nepoznáš, preto si nešťastný.
"Áno, áno, som nešťastný," potvrdil Pierre; - ale čo mám robiť?
"Nepoznáš Ho, môj pane, a preto si veľmi nešťastný." Vy Ho nepoznáte, ale On je tu, On je vo mne. On je v mojich slovách, On je vo vás a dokonca aj v tých rúhavých rečiach, ktoré ste teraz vyslovili! – povedal Mason prísnym, trasúcim sa hlasom.
Odmlčal sa a vzdychol, zrejme sa snažil upokojiť.
"Keby neexistoval," povedal potichu, "ty a ja by sme sa o Ňom nerozprávali, môj pane." Čo, o kom sme hovorili? Koho si zaprel? - povedal zrazu s nadšenou prísnosťou a autoritou v hlase. – Kto Ho vymyslel, ak neexistuje? Prečo ste predpokladali, že existuje taký nepochopiteľný tvor? Prečo ste vy a celý svet predpokladali existenciu takej nepochopiteľnej bytosti, všemocnej bytosti, večnej a nekonečnej vo všetkých svojich vlastnostiach?... - Zastavil sa a dlho mlčal.
Pierre nemohol a nechcel prelomiť toto ticho.
"Existuje, ale je ťažké mu porozumieť," znova prehovoril slobodomurár a nepozeral sa na Pierrovi do tváre, ale pred seba, svojimi senilnými rukami, ktoré z vnútorného vzrušenia nemohli zostať pokojné, prevracal stránky knihy. . "Ak by to bol človek, o ktorého existencii by ste pochybovali, priviedol by som ho k vám, vzal ho za ruku a ukázal by som vám ho." Ale ako môžem ja, bezvýznamný smrteľník, ukázať všetku Jeho všemohúcnosť, celú večnosť, všetku Jeho dobrotu tomu, kto je slepý, alebo tomu, kto zatvára oči, aby Ho nevidel, nechápal a nevidel a nechápať všetku jeho ohavnosť a skazenosť? – Odmlčal sa. - Kto si? Čo ty? „Snívaš o sebe, že si múdry muž, pretože by si dokázal vysloviť tieto rúhavé slová,“ povedal s pochmúrnym a pohŕdavým úškrnom, „a si hlúpejší a bláznivejší ako malé dieťa, ktoré sa hrá s časťami šikovne vyrobeného hodiny, by si trúfol tvrdiť, že, pretože nerozumie účelu týchto hodiniek, neverí v majstra, ktorý ich vyrobil. Je ťažké Ho poznať... Po stáročia, od praotca Adama až po súčasnosť, pracujeme na tomto poznaní a sme nekonečne ďaleko od dosiahnutia nášho cieľa; ale v nepochopení Ho vidíme len našu slabosť a Jeho veľkosť... - Pierre s potápajúcim sa srdcom, hľadiaci žiariacimi očami do slobodomurárskej tváre, ho počúval, neprerušoval, nepýtal sa ho, ale celým svojím duša uverila tomu, čo mu tento cudzinec hovoril. Veril tým rozumným argumentom, ktoré boli v slobodomurárskej reči, alebo veril, ako veria deti, intonáciám, presvedčivosti a srdečnosti, ktoré boli v slobodomurárskej reči, chveniu hlasu, ktoré niekedy slobodomurára takmer prerušilo, alebo tým, iskrivé, senilné oči, ktoré zostarli v tom istom presvedčení, alebo v tom kľude, pevnosti a poznaní jeho zámeru, ktoré žiarili z celej slobodomurárskej bytosti a ktoré ho zvlášť zasiahli v porovnaní s jeho skľúčenosťou a beznádejou; - ale chcel veriť celou svojou dušou, uveril a zažil radostný pocit pokoja, obnovy a návratu do života.
"Nie je to pochopené mysľou, ale je pochopené životom," povedal Mason.
"Nerozumiem," povedal Pierre a vystrašene cítil, ako v ňom narastajú pochybnosti. Bál sa nejednoznačnosti a slabosti argumentov svojho partnera, bál sa mu neveriť. "Nechápem," povedal, "ako ľudská myseľ nemôže pochopiť vedomosti, o ktorých hovoríte."

Pre dlhé lety (niekoľko mesiacov) v pretlakovej autonómnej kabíne sa javí ako výhodná fyzikálno-chemická metóda regenerácie plynného prostredia v kabíne s využitím produktov ľudského metabolizmu na produkciu kyslíka. Oxid uhličitý a vodná para uvoľnená osobou za deň obsahujú približne 2,8 kg kyslíka, čo výrazne prevyšuje dennú spotrebu kyslíka jednej osoby. Existuje teda zásadná možnosť získania 02 z ľudských odpadových produktov. Z oxidu uhličitého uvoľneného za deň jednou osobou (~0,9 kg) môžete získať 0,65 kg kyslíka a na získanie chýbajúcich 0,15 - 0,25 kg kyslíka budete potrebovať iba 0,17 - 0,28 kg vody, ktorú je možné použiť. ako „prebytočná“ metabolická voda uvoľnená telom počas metabolického procesu.

Fyzikálno-chemický regeneračný systém môže byť založený na použití Sabatierove reakcie. Konečným produktom na výrobu kyslíka je teda voda vstupujúca do elektrolyzéra, ktorá je jednou z hlavných zložiek systému fyzikálno-chemickej regenerácie plynného prostredia v kabíne. V takomto regeneračnom systéme možno na sorpciu CO2 použiť zeolity a na odstránenie prebytočnej vlhkosti z kabíny možno použiť chladiarensko-sušiace jednotky (RDA) (4.2), ktoré zabezpečujú kondenzáciu vodnej pary.

Ak sa vykonajú všetky stupne redukcie kyslíka, množstvo vodíka potrebné na Sabatierovu reakciu je zabezpečené elektrolýzou vody a pyrolýzou metánu, čo si vyžaduje značnú spotrebu energie.

Štrukturálna schéma fyzikálno-chemický regeneračný systém. Systém funguje nasledovne. Vzduch z kabíny cirkuluje cez ventilátory B cez dva okruhy: cez zeolity C a HSA, v ktorých dochádza k sorpcii CO2 a kondenzácii vlhkosti. Zeolitové absorbéry sú zapojené v dvoch paralelných blokoch a pracujú striedavo - jeden v sorpčnom režime, druhý v desorpčnom režime. Oxid uhličitý absorbovaný zeolitmi je privádzaný cez kondenzátor CO2 do metánového reaktora, kde je cez koncentrátor privádzaný aj vodík z katódového priestoru elektrolyzéra. V metánovom reaktore sa za vhodných podmienok CO2 rozkladá prostredníctvom Sabatierovej reakcie na vodu a metán. Voda z reaktora sa privádza do elektrolyzéra a metán sa odstraňuje z okruhu. Časť vody vstupuje do elektrolyzéra aj z absorbérov H20 umiestnených pred zeolitovými patrónami.

Následne sa vyberie elektrolyt s najnižšou hodnotou p0. To sa dosiahne výberom elektrolytu a jeho špecifickej koncentrácie (pre KOH - 30-33°/o). Veľkosť prepätia r\ je súčtom hodnôt emf. .koncentrácia a chemická polarizácia. Ako vidno z rovníc (4.8) a (4.9), počas procesu elektrolýzy sa koncentrácia hydroxylových iónov v katódovom priestore zvyšuje a v anodickom klesá. To vedie k vzniku koncentračného emf namiereného proti emf. externý zdroj prúdu. Vznik e.m.f. chemická polarizácia, namierená aj proti emf. externý zdroj prúdu je spojený s pomalosťou výboja iónov na elektródach a prítomnosťou štádia tvorby molekulového O2 a H2 z atómového. V praxi hodnota závisí od nasledujúcich faktorov: materiál elektródy, teplota, prúdová hustota, povaha a koncentrácia elektrolytu. Ako ukazujú skúsenosti, z kovov stabilných v alkáliách sa kovy skupiny železa vyznačujú najnižšími hodnotami, ktoré sa v praxi používajú. Zvýšenie teploty elektrolytu vedie k zníženiu prepätia. To však výrazne zvyšuje strhávanie pár elektrolytov uvoľnenými plynmi. V praxi sa elektrolýza zvyčajne vykonáva pri teplotách nepresahujúcich 80 °C. Na hodnotu m má podstatný vplyv prúdová hustota. Prepätie klesá s klesajúcou hustotou prúdu. Preto je výhodné pracovať s elektródami, ktoré majú čo najväčší povrch.

Uvedené množstvo kyslíka sa blíži priemernej dennej spotrebe kyslíka osobou. Z toho vyplýva, že na poskytnutie kyslíka jednej osobe je potrebné prejsť elektrolýzou s prúdom asi 120 A. Priemerná prípustná hustota prúdu leží v rozmedzí 0,1-0,15 A/cm2. Preto bude celkový povrch elektród elektrolyzéra v rozmedzí 800-1200 cm2 a pri zohľadnení zvýšenia spotreby 62 pri ťažkej fyzickej aktivite by sa mal celkový povrch elektród zväčšiť 2-3 krát.

Molekuly vodíka a kyslíka uvoľnené na aktívnom povrchu elektród prechádzajú cez veľké póry elektród na ich vonkajší povrch a sú vytláčané do príslušných plynových komôr. V elektródach sa vytvára pohyblivá hranica plyn-elektrolyt, ktorej poloha je určená pomerom priemerov pórov v článkoch článku a prítomnosťou protitlaku v plynových komorách. Keď sa tlak v nich zvyšuje, táto hranica sa pohybuje dovnútra, pretože elektrolyt je vytláčaný z veľkých pórov elektród a zostáva len v malých. V tomto prípade sa výpary elektrolytu, strhnuté plynmi, usadia na stenách uvoľnených veľkých pórov a vďaka svojej absorpcii sa vrátia späť do membrány.

Možná schéma zariadenia na elektrolýzu je uvedená v 4.5. Kyslík a vodík získaný v elektrolyzéri sa privádzajú do vyrovnávača tlaku UD. Keď sa tlak v jednom z potrubí zvýši, elastická membrána sa ohne, čím sa zníži odvod ďalšieho plynu a tým sa vyrovná tlak v plynových komorách. V chladiarenskom separátore XP sa oddeľujú ektrolytové pary, ktoré kondenzujú na stenách výmenníka tepla, potiahnutých chladivom.“ Filter F a dohorievacia kolóna KD (vyhrievané katalyzátory) nakoniec čistia kyslík, ktorý v teple získava požadovanú teplotu. výmenník TO Ďalej sa kyslík dostáva do systému zásobovania kyslíkom posádky.

Vodík z elektrolyzéra vstupuje do metánového reaktora. Sľubným fyzikálno-chemickým systémom je systém založený na elektrolýze solí (napríklad uhličitanov draselných). Tu sa v samotnom elektrolyzéri absorbuje CO2 zo vzduchu v kabíne a v dôsledku medzireakcií sa z neho uvoľňuje plynný kyslík.

Obrovské ľadové jazero na Marse a Muskov plán

Plán kolonizovať Mars vždy predpokladal relatívne ľahký prístup k vode. Nájdené obrovské jazero (14 300 kubických kilometrov ľadu) - mapa na obrázku - dokonale zapadá do Plánu.

Spomeňme si na Muskov plán – citujem ho doslovne a potom preklad, komentáre a detaily z ďalších Elonových prejavov.

1. Pošlite misie na prieskum drakov, najprv len preto, aby ste sa uistili, že vieme, ako pristáť bez pridania krátera, a potom, aby ste prišli na najlepší spôsob, ako získať vodu pre CH4/O2 Sabatier Reaction.
2. Kozmická loď Heart of Gold letí na Mars naložená len so zariadením na stavbu elektrárne.
3. Prvá misia s posádkou s vybavením na vybudovanie základnej základne a dokončenie elektrárne na pohonné hmoty.
4. Pokúste sa zdvojnásobiť počet letov s každým orbitálnym stretnutím medzi Zemou a Marsom, čo je každých 26 mesiacov, kým mesto nebude môcť rásť samo.

Jej text je kurzíva, moje komentáre sú priame.

1. Pošlite draka, aby to preskúmal. Najprv sa musíme uistiť, ako vieme pristáť s loďou bez pridania ďalšieho krátera, a potom prísť na najlepší spôsob výroby vody pre CH4/O2 Sabatierovu reakciu.

Nepridávajte kráter
Elon vtipkuje, že pridanie krátera znamená rozbitie pristávacieho modulu. Jeho prednáška prišla tesne po tom, čo misia Exo Mars pridala na povrch planéty pekný kráter. Dragon je misia Red Dragon, ktorá má odštartovať v roku 2018. To znamená otestovať a predviesť vertikálne pristátie na motoroch, podobné pristávaniu na kozmodróme a plávajúcej plošine „Samozrejme, stále ťa milujem.“

Misia Červený drak
Drak bude nabitý robotmi na prieskum a ťažbu. SpaceX si podľa všetkého objedná roboty od iných organizácií. Toto rozhodnutie však ešte nebolo oznámené. Musk má aj vlastnú robotickú firmu, do ktorej už investoval minimálne miliardu dolárov.

Voda a Sabatierova reakcia
V počiatočnom štádiu kolonizácie budú hlavné dve chemické reakcie, a teda dve zariadenia na chemické reakcie: a. reakcia elektrolýzy vody, b. Sabatierova reakcia
A. 2H2O = 2H2 + O2 - Pri tejto reakcii rozkladom vody vzniká kyslík a vodík
b. CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O + energia - Reakciou s oxidom uhličitým v atmosfére Marsu vodík produkuje metán a vodu. Sabatierova reakcia uvoľňuje energiu, ktorá môže/by mala byť využitá.
Metán a kyslík sú palivo a okysličovadlo pre sériu lodí ITS (Interplanetary Transport Ship), z ktorých prvá dostane ikonický názov „Heart of Gold“.

Zaujímavé je, že reakčné zariadenie Sabatier už bolo postavené a testované pri koncentráciách CO2 zodpovedajúcich atmosfére Marsu. Ale toto sa bude vyvíjať a zlepšovať.

2. Srdce zo zlata poletí na Mars, naložené len so zariadením potrebným na vybudovanie závodu na výrobu paliva.

„Zlaté srdce“ poletí v bezpilotnom režime a na povrch Marsu zhodí až 100 ton zariadení a materiálov. V podstate to bude zariadenie potrebné na uskutočňovanie extrakcie vody v priemyselnom meradle a výrobu týchto 2 reakcií: elektrolýzy vody a Sabatier. Je zrejmé, že v tomto zariadení sú zahrnuté zdroje energie.

3. Prvou misiou s posádkou je vybudovať základnú základňu a dokončiť zariadenie na výrobu paliva.

Prvá pilotovaná misia bude mať 12 ľudí. Elon má veľa konkrétnych predstáv o tom, z čoho by mala pozostávať „základná základňa“ – volá sa Mars Base Alpha – ale teraz nie je čas diskutovať o všetkých detailoch. Plánuje sa aktívne využívanie prírodných tunelov a jaskýň, ktoré NASA už našla, a výstavba ďalších podzemných priestorov. Na povrchu sa predpokladajú priehľadné stany zo skla a s výstužou z uhlíkových vlákien.

Je zrejmé, že hlavnou prácou bude dokončenie zakladania podnikov, ktorých vybavenie dodá Zlaté srdce: výroba vody, energia, elektrolýza, Sabatierova reakcia.

4. Potom bude úlohou zdvojnásobiť počet lodí vyslaných pri každom stretnutí Zem-Mars, ku ktorému dochádza každých 26 mesiacov, kým mesto nezačne rásť nezávisle.

Tu nie je čo komentovať. Existujú stovky nevyriešených problémov. Hoci len dve sa zdajú ťažké: pravidlá interakcie s prirodzenou biosférou Marsu (ktorá pravdepodobne existuje a je pravdepodobne veľmi krehká) a to, či deti budú normálne otehotnieť a narodiť sa pri 1/3 zemskej gravitácie.

Ľadové jazero sa nachádza vo výhodnej oblasti Marsu, v stredných zemepisných šírkach, existuje veľa veľmi plochých miest vhodných na pristátie. Vrstva pôdy pokrývajúca ľad je hrubá od jedného do desať metrov. Ľad je tiež čiastočne zmiešaný s pieskom, ale čistota ľadu je v rozmedzí 50-85%. Hĺbka ľadového jazera je od 100 do 200 metrov.

Vodná rezerva je porovnateľná s jedným z amerických Veľkých jazier - „Superior“.