1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Г!рактпка «голого» эксперимента, осуществляемого прн подборе катализаторов без использования постулированных физических моделей, оказывается недостаточной. Гслн представить себе таблицу Менделеева матема- 7.З тической матрицей, состоящей пз 92 элементов, то перебор всех возможных ситуаций электронных взаимодействий при безмодельиом поиске катализаторов потребовал бы множества экспериментов.

Теоретическая интерпретация тонкой (электромагнитной) структуры барьеров на границе раздела сред и вывод соответствующих кинетических коэффициентов переноса составляют предмет электромагнитной теории катализа. В соответствии с этой теорией для описания акта электронного переноса следует учитывать электродннамические свойства, например, тонкой структуры энергетических щелей сорбционных слоев.

Эта концепция не противоречит, а находится в полном соответствии с тео;)рией мультиплетов Баландина п экспериментальнымп фактами, а также с другими современными теориями катализа 12.111, однако необходим соответств> ющий поиск пространственного распределения тонкой стр>ктуры электромагнитных критериев границы раздела сред. Электродппамическне параметры слоев — интегральные диэлектрическая и магнитная проницаемости (е, и р„) в объеме илн на поверхности, соответствующие им коэффициенты преломления и поглощения (и, й) и характерные длины волн ).(ы, й) приняты нами в качестве основных критериев.

ответственных за кинетические явления на границе раздела. Таким образом, в кон ! пцни электродинамики проблема теоретических аспектов катализа, по-видимому, могла бы состоять в выявлении характера потенциальных и кинетических свойств компонентов электромагнитного поля, ответственных за акт химического превращения, в том числе характера тонкой структуры энергетн. ческих барьеров, учете эффективных масс носителей в конкретных средах, учете распределения их энергетических состояний, и особенно на границе раздела фаз (поверхности сопряженна реагируюшпх компонентов), с участием которой происходит преобразование энергии и вещества.

Информацию об этих свойствах следует получить как из усовершенствования теоретических способов анализа электродинамическпх констант реа~ируюшнх сред, так и из набора соответствующих экспериментальных данных об объемных и поверхностных электрозтагннтиых свойствах реагирующих структур. Эти данные ~в технике подбора катализаторов являются новыми, еще не используемыми на практике.

74 Следовательно, если принять, что за акты химических превращений ответственны электрические явления (электронная и зарядовая рекомбинация, сопровождающие частичную или полную перестройку координационных сфер), естественной является тенденция применения для описания кинетики электронного обмена законов классической и квантовой электродинамики. Как известно, уравнения Максвелла не устанавливают запрета на распространение электромагнитных воли в металлах, диэлектриках, полупроводниках. Например, в сплошных диэлектриках электрическое поле описывается с помощью полевых характеристик — напряженности и индукции, а переменное электромагнитное поле может удовлетворить лишь одному уравнению го1Е=О прп равном нулю магнитном поле (продольные электрические волны и т. и.).

Однако сложность теоретического прогнозирование характера волнового вектора распределения плотностн состояний полевых функций электромагнитного поля Е и Н, например через гоаницу реагирующих сопрягаю- шихся заряженных поверхностей, приводит к необходимости поиска новых физических и математических моделей границы раздела сред, требует постановки соответствуюших новых физических экспериментов и разработки соответствующих моделей. Электродпиамический крдтерий обеспечения оптимальных условий кинетики в тракте электронной рекомбинации, с которым связана перестройка координационных сфер, а следовательно, и кинетцка электронного обмена, принят основным постулатом теории.

Так как общим условием для всех актов химических превращений является наличие поверхности сопряжения реагирующих структур, ее физическая интерпретация могла бы внестц фундаментальный вклад в интерпретацию катализа. К настоящему времени известно лишь геометрическое определение поверхности. Физические и философские толкования поверхности, несмотря на очевиднукь актуальность проблемы, отсутствуют. Между тем, как это частично будет показано ниже, большинство кинетических проявлений, отобража|ощих многообразие связей в природе, электропроводность, теплопроводность (особенно в слоистых анизотропных средах), элементарные акты химических превращений, сорб'- ть цпя и катализ, мембранные и биохимические процессы, явления в клетке, а также большинство других физиче- ских, химических, физико-химических, биологических и других подобных проявлений (реакций) происходит с участием или непосредственно иа поверхности сопря- жения взаимодействующих структур (электронных кон- тинуумов), Через реальную поверхность сред происходит пх взаимодействие с окружающим физическим полем, Обмен энергией происходит излучением или благодар г я сближению (контакту).

Геометрическое определение по- верхности не содержит информации о ее физических свойствах, отсутствуют микроскопическая теория кон- тактов и их физическое определение. Если отличительным физическим свойством поверх- ности предположить ее электронную плотность, то совре- менная физика располагает одним определением, харак- теризующим п оверхность в связи с ее плотностью элекв (иове хность Ферми), Поверхностью Ферми в и еальной называют изоэнергетическую поверхность в ид кристаллической решетке, Эта изоэнергетическая поверх- ность принадлежит к К пространству (пространству Согласно микроскопической теории в металлах плотов проводимости и в предположении Е и идеального Ферми-газа связана с энергией Ферми .; и плотностью состояний т выражением где о»вЂ скорость электронов на поверхности Ферми. Физический см Ф ~ " мысл изменения электрических свойств венк отоб ажа- шеств при переходе от металла к диэлектрику ото ража- ется изменением электронной подсистемы, т.

е, связан с постепенным у м уменьшением в системе плотности сво- бодных электронов и, При этом поверхность Ферми стя- гивается в точку, а энергия Ферми в пред .. , еле совпадает а границей зоны. Кг видно из определения, понятие поверхности и ее ак связи с плотностью электронов отнесен р к идеальной решетке однородных атомов метал.

ла, и поможет быть распространено на поверхность реальных структур, в том числе, например, р пряжения разнородных атомов ( р, р, (нап имер, металл (Ме) — вакуум, е— Л ) —, Ме — Ме и т, п.) Однако именно плот- ность электронов, ов, очевидно справедливо отнесена Ферми 76 к фундаментальным физическим критериям поверхности, Современная наука о поверхности в понимании электрической природы, по-видимому, находится на уровне знания физики твердого тела начала 50-х годов.

Это можно объяснить тем, что ее глубокая интерпретация затрагивает фундаментальные основы, требует новых моделей и идей строения материи, в том числе, например, интерпретацию внутренней структуры электрона, интерпретацию границ применимости современной квантовой электродинамики и т. п. Как известно, требования специальной теории относительности признают лишь симметричный заряд электрона н «запрещают» электрону иметь внутреннюю структуру, а ответы, даваемые классической, в том числе квантовой, электродииамикой с учетом нелинейных обобщений и введения фундаментальной «длины размера» электрона не дают объяснения большому числу эксперггмента.тьных фактов. Однако в реальной природе идеальных (без дефектов) атомных решеток и идеальных электронов (например, обладающих массой пгэ) не существует.

Электроны в реальных атомных структурах обладают эффективными массами, скоростями и соответственно энергиями, присущими лишь данному атому. Ихэнергтги, амплитуды и соответственно скорости принадлежаг только этой атомной структуре, имеющей собственное и единственное в природе пространство импульсов. Электроны другого атома имеют другие амплитуды и скорости энергии (принадлежат другому едш<ствениому в природе пространству импульсов). Электрон легко теряет свою энергично от взаимодействчя с другими частицами (илп полями), что имеет определяющее значение для кинетики. Поскольку волновые функции электронов разных атомов различны как по фазе, так и по амплитуде, этн электроны при сближении в реальных системах не отталкиваются, как это было бы, если бы сии имели одинаковый заряд, а, наоборот, взаимодейству от (электродинамическая парная корреляция), образуя связанные состояния (например, электронные экситоны).

Именно образоващпо связанных состояний обязано своим происхождением понижение концентрации электронов и соответствующее снижение электрической проводимости, например в металлических сплавах, относительно проводимости компонентов сплава. 77 Связанные состояния за счет взаимодействия электронов с дефектами структуры объясняют н снижение плотности электронов на реальной поверхности, например на поверхности металлов, относительно плотности электронов в их объеме. Поэтому проводимость металлов вблизи поверхности нсегда ниже, чем внутри объема. В известной мере можно утверждать, что поверхность, например серебра, «не серебряная», так как плотность электронов и соответствующие волновые фу<кцпя электронов поверхности отлича<отса по фазе, амплитудам и т.

п, н ие соответствуют электронам уровня Ферми серебра. Таким образом, реальная поверхность даже металла заряжена неоднородно. Она представляот собой «пятна» с повышенной и пониженной плотностью электронои. 1-!а реальной поверхности синтезируются плазменные моды (поверхностные плазмоиы). Плотность электронов любой реальной поверхности должна иметь «пятнистую» структуру. Лвумерное распределение «пятен» определяется спецификои фононной подсистемы (пространственной стехиометрией ионной решеп<и) н топол гней дислокаций на ней. Контакт геометрических поверхностей, например двух металлов, приводит не к усреднению плотности электронов (что прп термодинамической оценке всегда допустимо), а к образованию двойного слоя за счет возши<новения связанных электрон-дислокационных состояний как на самой поверхности, так и через границу раздела, При этом поверхность геометрическая, так же как и поверхность Ферми, разделяет разноименные заряды.

Характеристики

Список файлов книги