Адсобрация воды — реферат

Содержание
Введение 3
1. Молекула воды и ее взаимодействие с поверхностью. 4
2. Адсорбация ионов. Эмпирические правила 6
Заключение 15
Литература 16

Введение
Контакт и взаимодействие воды с различными поверхностями, в частности с металлами, представляют фундаментальный интерес для специалистов широкого круга научных областей: метеорологии, геологии, электрохимии, коррозионной химии, гетерогенного катализа, физической химии. Например, в электрохимии водных растворов фундаментальной проблемой является исследование так называемого двойного электрического слоя (ДЭС), который возникает на границе раздела электрод / раствор. Для исследования коррозии и процессов пассивации немаловажное значение имеет поверхностная диссоциация воды. В многочисленных гетерогенных каталитических реакциях, например при синтезе углеводородов, молекула воды рассматривается в качестве одного из реагентов или продуктов реакции. Незначительное количество воды может существенно влиять на селективность реакций, как, например, в каталитическом гидрировании бензола над металлическим рутением. Все это далеко не полный перечень примеров, показывающих важность исследования взаимодействия воды с металлами.

1. Молекула воды и ее взаимодействие с поверхностью.
Природу взаимодействия воды с поверхностью можно понять из рассмотрения свойств ее молекулы в газовой фазе.
Молекула H2O имеет угловое строение и обладает дипольным моментом. С точки зрения теории валентных связей (ВС) связывание в молекуле Н2О определяется взаимодействием валентных 2s- и 2p-электронов атома О с 1s-электронами атомов Н. Четыре из шести валентных электронов атома О, не участвующие в образовании ОН-связей, образуют две неподеленные электронные пары (НЭП). Эти НЭП дают возможность атому кислорода молекулы H2O связываться с другими молекулами. При этом молекула воды проявляет свойства электронного донора. В случае адсорбции неподеленные электронные пары молекулы способны образовывать связь как с атомами поверхности, так и с другими адсорбированными на поверхности молекулами.
Решение квантово-механической задачи об электронном строении молекулы Н2О в рамках метода молекулярных орбиталей (МО) приводит к набору так называемых канонических молекулярных орбиталей. Орбиталь 1b1 имеет несвязывающий характер, так как она состоит только из 2рx-орбитали кислорода, которая не перекрывается с 1s-орбиталями атомов водорода. Орбиталь 1b2 чисто связывающая, поскольку ее энергетический уровень лежит ниже уровней образующих ее 2рy-орбитали кислорода и 1s-орбиталей атомов Н. Анализ состава молекулярной орбитали 3a1 показывает, что наибольший вклад в нее вносит 2pz-орбиталь кислорода, которая слабо перекрывается с 1s-орбиталями атомов Н, что указывает на заметный несвязывающий характер орбитали 3a1 . Электронную плотность, обусловленную электронами на орбиталях 1b1 и 3a1 , проявляющих несвязывающий характер, весьма приближенно принято трактовать как неподеленные пары молекулы H2O.
С помощью некоторого математического преобразования канонические МО могут быть трансформированы в так называемые локализованные орбитали, которые дают более наглядную картину связывания в молекуле. Такой переход приводит к модели Н2О, в которой две эквивалентные МО направлены вдоль связей ОН, а две другие представляют собой орбитали НЭП.
Результирующая форма молекулы описывается четырьмя двухкратно заполненными орбиталями, составляющими тетраэдр вокруг атома О с углами, несколько отличными от угла 109,5 в правильном тетраэдре. Две ОН-связи лежат в плоскости yz, а две неподеленные пары - в плоскости xz. Орбитали, окружающие атом О, являются приблизительно sp3-гибридными, а отклонения от идеальной тетраэдрической структуры обусловлены тем, что неподеленные пары имеют несколько больший s-характер, а связывающие пары - несколько более заметный р-характер.
Молекула воды является, по-видимому, уникальной среди других малых молекул вследствие того, что образуемые ею при адсорбции водородные связи с другими адсорбированными на поверхности молекулами могут быть соизмеримы по прочности с взаимодействием молекула-поверхность. Связь Н2О с субстратом (поверхностью) можно трактовать в терминах простого кислотно-основного взаимодействия по Льюису: молекула Н2О выступает в роли электронного донора (льюисово основание), а субстрат - в роли электронного акцептора (льюисовой кислоты).

Комментарии: