物理化学(もしかしたら無機化学かもしれません)について質問させて下さい。
只今大学院入試に向けて勉強中のものです。
物理化学の過去問を解いていて、問題が言っている反応式が全くわかりません。
問題自体は反応速度論の問題なのですが、反応速度を求めるための反応式が分からないので、どうか分かる方、よろしくお願いします。
アンモニアの重水素化反応で、
D2(分圧p)は、解離して強く大量に吸着(Kp>>1)
NH3(分圧p')は別のサイトに吸着(これを表すパラメータをK'p’と表すとする)
この場合の反応速度式を誘導せよ。
疑問点
(1)重水素化の反応式が分からない→反応速度式を考えようがない
(2)別のサイトに吸着するという意味
(3)そもそも吸着という状態がよく分からない
ちなみにですが、
重水素化、吸着ともに習ったことがありません。
アトキンス、演習本etcでいろいろと調べて考えてみたのですが、反応式が作れません。
どうか分かる方、よろしくお願いします。
No.1ベストアンサー
- 回答日時:
固体触媒の問題ですね。
吸着→反応の2段構えになります。固体表面の吸着サイトを、あたかも物質のように扱ってしまえば
普通の速度式の問題と大して変わりません。
(1) アンモニアの吸着
NH3(gas) + SiteA ⇔ NH3(adsorbed)
Kp = K(吸着)/K(脱離) ・・・(1)
平衡状態では、脱離速度と吸着速度が釣りあうから
K(吸着)×[NH3](1-θ) = K(脱離)×θ ・・・(2)
θはSiteAをアンモニアが占める割合(被覆率)
※を代入して θ = Kp[NH3]/(1+Kp[NH3]) ・・・(3)
(2)D2の吸着
D2(g) + 2 SiteB ⇔ 2D(ad)
λ = √Kp'√[D2] / (1 + √Kp’√[D2]) ・・・(4)
λはSiteBを重水素が占める割合
(3)表面での反応
NH3(ad) + D2(ad) → NH2D(ad) + HD(ad)
反応速度ν= k(反応)×θ×λ ・・・(5)
式(5)に(3)(4)を代入すると答えになります。
吸着は「固体の特定の場所Siteと吸着分子が結合してる」と
思えばオッケーです。NH3 + Site → NH3-Site
もし吸着サイトが共通なら、SiteA = SiteBだから、
※※はK(吸着)×[NH3](1-θ-λ) = K(脱離)×θに変更です。
[A]は理想気体を仮定して、[A] = n/V = P/kTで圧力に直します。
「マッカリーサイモン 物理化学」の下巻
「31. 固体と表面化学」に詳しく載っています。
とても分かりやすくありがとうございます!!
マッカーサイモンの物理化学も見ましたが、すっきり分かりました。
ありがとうございました。
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