Реакция Будуара - Boudouard reaction

В Реакция Будуара, названный в честь Октав Леопольд Будуар, это редокс реакция химическое равновесие смесь монооксид углерода и углекислый газ при заданной температуре. Это непропорциональность окиси углерода в двуокись углерода и графит или наоборот:[1]

2CO ⇌ CO
2 + C
Стандартная энтальпия реакции Будуара при различных температурах

Реакция Будуара с образованием диоксида углерода и углерода экзотермический при всех температурах. Тем не менее стандартная энтальпия реакции Будуара становится менее отрицательной с повышением температуры,[2] как показано сбоку.

В то время как энтальпия образования из CO
2 выше, чем у CO, энтропия образования намного ниже. Следовательно, стандарт свободная энергия образования из CO
2 составляющих его элементов практически постоянна и не зависит от температуры, а свободная энергия образования CO уменьшается с повышением температуры.[3] При высоких температурах прямая реакция становится эндергонический, отдавая предпочтение (экзергонический ) обратная реакция на CO, хотя прямая реакция все еще экзотермический.

Влияние температуры на степень реакции Будуара лучше видно по значению константа равновесия чем по стандарту свободная энергия реакции. Значение журнала10(Kэкв) для реакции как функции температуры в Кельвинах (действительно в диапазоне от 500 до2200 K) составляет примерно:[4]

бревно10(Kэкв) имеет нулевое значение в 975 K.

Последствия изменения Kэкв с температурой состоит в том, что газ, содержащий CO может образовывать элементарный углерод, если смесь охлаждается ниже определенной температуры. Термодинамическая активность углерода может быть рассчитана для CO/CO
2 смеси, зная парциальное давление каждого вида и значение Kэкв. Например, в среде с пониженной высокой температурой, такой как созданная для восстановление оксида железа в доменная печь или подготовка науглероживание атмосферы[5] монооксид углерода - это стабильный оксид углерода. Когда газ богат CO охлаждается до точки, при которой активность углерода превышает единицу, может иметь место реакция Будуара. Затем оксид углерода имеет тенденцию диспропорционировать на диоксид углерода и графит, который образует сажа.

В промышленных катализ, это не просто бельмо на глазу; образование сажи (также называемое коксованием) может вызвать серьезные и даже необратимые повреждения катализаторов и слоев катализатора. Это проблема в каталитический риформинг нефти и паровой риформинг природного газа.

Реакция названа в честь французского химика, Октав Леопольд Будуар (1872–1923), исследовавшие это равновесие в 1905 году.[6]

Использует

Хотя повреждающее действие монооксид углерода на катализаторах нежелательна, эта реакция была использована для получения графит чешуйки, нитевидный графит и кристаллиты пластинчатого графита, а также производящие углеродные нанотрубки.[7][8][9][10] В производстве графита используются катализаторы: молибден, магний, никель, утюг и кобальт,[7][8] при производстве углеродных нанотрубок, молибден, никель, кобальт, утюг и катализаторы Ni-MgO.[9][10]

Реакция Будуара - важный процесс внутри доменная печь. Восстановление оксидов железа не достигается непосредственно углеродом, так как реакции между твердыми частицами обычно очень медленные, а только оксидом углерода. Образующийся диоксид углерода подвергается (обратной) реакции Будуара при контакте с кокс углерод.

Рекомендации

  1. ^ Bioenergylist.org - таблица реакций Будуара
  2. ^ Интернет-реакция
  3. ^ Список стандартных свободных энергий Гиббса образования
  4. ^ На основе регрессии значений из веб-ссылки Reaction. Это уравнение дает довольно точные значения, даже если RT2 умноженная на его производную, не дает точной формулы для ΔH, которую она должна делать.
  5. ^ Комитет ASM по атмосфере печи, Атмосфера печи и контроль углерода, Металл Парк, Огайо [1964].
  6. ^ Холлеман, Арнольд Ф .; Вибер, Эгон; Виберг, Нильс (2001). Неорганическая химия. Академическая пресса. п. 810. ISBN  978-0-12-352651-9. Получено 12 июля 2013.
  7. ^ а б Baird, T .; Фрайер, Дж. Р .; Грант Б. (октябрь 1974 г.). «Образование углерода на железной и никелевой фольге при пиролизе углеводородов - реакции при 700 ° C». Углерод. 12 (5): 591–602. Дои:10.1016/0008-6223(74)90060-8.
  8. ^ а б Тримм, Д. Л. (1977). «Образование и удаление кокса из никелевого катализатора». Обзоры катализа: наука и техника. 16: 155–189. Дои:10.1080/03602457708079636.
  9. ^ а б Dal, H.J .; Rinzler, A. G .; Николаев, П .; Thess, A .; Colbert, D.T .; Смолли, Р. Э. (1996). «Одностенные нанотрубки, полученные методом металлического диспропорционирования монооксида углерода». Chem. Phys. Латыш. 260 (3): 471–475. Bibcode:1996CPL ... 260..471D. Дои:10.1016/0009-2614(96)00862-7.
  10. ^ а б Chen, P .; Zhang, H. B .; Lin, G.D .; Hong, Q .; Цай, К. Р. (1997). «Рост углеродных нанотрубок путем каталитического разложения CH4 или СО на катализаторе Ni-MgO ». Углерод. 35 (10–11): 1495–1501. Дои:10.1016 / S0008-6223 (97) 00100-0.

внешняя ссылка

Робинсон, Р. Дж. «Процесс Будуара для синтез-газа». Азбука альтернативной энергетики. Получено 12 июля 2013.