Kataliza i tribokataliza

• Autorzy: Kajdas C. , Hiratsuka K. , Borkowska A.

Warianty tytułu

EN

Catalysic and tribocatalysis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca stanowi zwarty przegląd związku reakcji tribochemicznych z procesem katalizy i tribokatalizy. Zwykła reakcja chemiczna ma przebieg powolny. Reakcja katalityczna ma przebieg szybki. Katalizator w warunkach tarcia powoduje dalsze przyspieszenie reakcji. Powstaje zatem pytanie, co jest zasadniczą przyczyną, że katalizator w warunkach tarcia powoduje dalszy wzrost szybkości reakcji. Uzyskanie odpowiedzi na to pytanie jest celem tego artykułu, który ma również wskazać nowe podejście do mechanizmu katalizy heterogenicznej. Przypuszcza się, że zarówno typowe reakcje tribochemiczne, jak i reakcje katalityczne mogą wiązać się z tą samą siłą napędową, której wspólnym mianownikiem jest emisja egzoelektronów. Tak więc mogą one zachodzić zgodnie z mechanizmem NIRAM-HSAB. Mechanizm ten polega na inicjowaniu reakcji tribochemicznych za pomocą niskoenergetycznych elektronów (egzoelektronów) emitowanych w warunkach tarcia granicznego. Oddziałują one z cząsteczkami obecnymi w obszarze styku tarciowego, które wówczas dysocjują tworząc anion i rodnik lub anionorodnik. Te cząsteczki dają następnie początek wielu reakcjom chemicznym. Mechanizm ten wyjaśnia szereg specyficznych reakcji tribochemicznych. W ostatnich dwóch latach NIRAM został z powodzeniem zastosowany również do wyjaśnienia mechanizmu niektórych reakcji tribokatalitycznych. Przedstawiony w artykule przegląd wyników badań na przykładach reakcji syntezy wody i dwutlenku węgla umożliwia lepiej zrozumieć mechanizmy reakcji katalizy heterogenicznej. Jakkolwiek nie wszystkie aspekty tego zagadnienia zostały jeszcze poznane, to wydaje się być ono dobrym punktem wyjścia do dalszych badań i rozważań.

EN

A non-catalytic chemical reaction presented by an equation: A + B = AB is of rather slow rate. A catalytic reaction defined by equations: A + Xk1 (catalyst) = A Xk1 AXk1+B=AB + Xk1 is faster. A catalyst under friction conditions (Xk2) causes a future rise in the reaction rate: A + Xk2 (catalyst) = A Xk2 AXk2 + B=AB + Xk2 which is mentioned in relevant literature [L.4-6]. A question is therefore to be asked: what may be a main reason for which a catalyst under friction conditions (Xk2) causes a further rise in the reaction rate? The main objective of this paper is to find an answer to that question and to make an attempt to define a mechanism of heterogeneous catalysis. It is supposed, that from the view-point of reaction mechanism both catalytic processes and typical tribochemical reactions might relate to the same driving force- governed by the affect of the exoelectrons. It is therefore hypothesized that some heterogeneous catalytic processes proceed according to the NIRAM-HSAB approach similarly to tribochemical reactions. This mechanism consists in initiating of tribochemical reactions by low energy electrons (exoelectrons), which are emitted during boundary friction. They react with molecules present in rubbing contact area, which then dissociate forming an anion and a radical or negative-ion-radical. Those molecules then induce a lot of chemical reactions. This mechanism is supposed to govern many specific tribochemical reactions. For the last two years NIRAM has been successfully used to elucidate several tribocatalytic reactions. This concept may also be useful in explaining such heterogeneous catalytic processes as the synthesis reactions of water [L. 18] and carbon dioxide [L. 19]. Although not all aspects of this matter has been yet made clear, this concept seems to be a good starting point for further investigation and research.

Słowa kluczowe

PL

tribochemia; tribokataliza; kataliza heterogeniczna; NIRAM-HSAB; egzoelektrony

EN

tribochemistry; tribocatalysis; heterogeneous catalysis; NIRAM-HSAB; exoelectrons

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2004
• Tom: nr 2
• Strony: 11--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kajdas C.

• Politechnika Warszawska, Instytut Chemii w Płocku, ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock

autor

Hiratsuka K.

• Chiba Institute of Technology, Department of Mechanical Science and Engineering, 2-17-1, Tsudanuma, Narashino, Chiba, 275-8588, Japonia

autor

Borkowska A.

• Politechnika Warszawska, Instytut Chemii w Płocku, ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock

Bibliografia

• 1. Cotton F.A., Wilkinson G., Gaus P.L.: Basic inorganic chemistry. Wiley & Sons, New York 1987.
• 2. Sobczyk L., Kisza A.: Chemia fizyczna dla przyrodników. PWN, Warszawa 1975.
• 3. Trzebiatowski W.: Chemia nieorganiczna. PWN, Warszawa 1969.
• 4. Hiratsuka K.: Tribo-Catalysis. Japanese Journal of Tribologists 39, 5 (1994) 420-426, po japońsku.
• 5. Kuzuya M., Hiratsuka K., Sasada T.: Friction Catalysis- Catalytic Action of Solids During Adhesive Wear in Synthesis of Gases. Proceedings of the Japan International Tribology Conference, Nagoya 1990.
• 6. Hiratsuka K.: Catalytic Effect of Friction in Chemical Reaction of Gases. Proc. 6the International Congress on Tribology EUROTRIB'93, 2 (1993) 19-24.
• 7. Heinicke G.: Tribochemistry. Akademie Verlag, Berlin 1984.
• 8. Kajdas Cz.: Tribochemistry. Tribology 2001 (eds. F. Franek, W.J. Bartz, A. Pauschitz), The Austrian Tribology Society, Vienna 2001, pp. 39-46.
• 9. Kajdas Cz., Furey M.J., Ritter A.L., Molina G.J.: Triboemission as a Basic Part of the Wear Process. Lubrication Science, 14 (2002) 223-254.
• 10. Kuzuya M., Hiratsuka K., Sasada T. Friction Catalysis – 1 st report- Proc. 33rd JSLE Annual Meeting, December (1988) 581, po japońska.
• 11. Kuzuya M., Hiratsuka K., Sasada T.: Friction Catalysis - 2nd report- Proc. 33rd JSLE Annual Meeting, May (1989) 321, po japońsku.
• 12. Somorjai G.A.: Introduction to Surface Chemistry and Catalysis. John Wiley & Sons, New York (1994).
• 13. Kajdas Cz.: Importance of Anionic Reactive Intermediates for Lubricant Component Reactions with Friction Surfaces. Lubrication Science, 6 (1994), 203-228.
• 14. Kajdas Cz.: A Novel Approach to Tribochemical Reactions: Generalized NIRAM-HSAB Action Mechanism. Proc. International Tribology Conference, Yokohama 1995, Satellite Forum on Tribochemistry. JST, Tokyo (1995), 31-35.
• 15. Bond G.C.: Heterogeneous Catalysis Principles and Applications, Clarendon Press, Oxford 1987.
• 16. Hiratsuka K., Kazuya M., Sasada T.: Friction Catalysis in the Synthesis Reaction of H2O during Adhesive Wear. Proc. 33rd Japan Congr. Mater. Res. (1990) 33, 191-195.
• 17. Hiratsuka K., Kazuya M., Sasada T.: Friction Catalysis in the Synthesis Reaction of CO2 during Adhesive Wear. Proc. 34th Japan Congr. Mater. Res. (1990) 34, 119-123.
• 18. Kajdas Cz., Hiratsuka K., Hashimoto M.: Mechanism of Water Synthesis Under Pt/Pt Tribological System in Vacuum. CUN, Warszawa 2004.
• 19. Hiratsuka K., Kajdas Cz., Yoshida M.: Tribo-catalysis in the Synthesis Reaction of Carbon Dioxide. Tribology Transactions, 47, No 1 (2004), 86-92.
• 20. Kajdas Cz.: An Attempt to Model the Initiation Process of Tribochemical Reactions by the Flash Temperature Effect. 1st ESF-Nanotribology Workshop in Portovenere, Italy 2002, Abstracts pp. 19.
• 21. Butyagin P.Yu.: Prospects and Problems of Advance in Mechanochemistry. Uspiechi Chimii, 63 (1994) 1031-1043.