Реферат: Различные стратегии построения кинетических моделей сложных реакций - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Различные стратегии построения кинетических моделей сложных реакций

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 82 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Различные стра те гии построения кинетических моде лей сложных реакций Химическая кинетика – наука о скорост ях химических реакций , о динамическом поведен ии реакционной системы на ее пути к х имическому равновесию . Эта область физической химии тесно связана с учением о механизма х химических реак ций , п о скольку химическая кин етика – один из методов изучения механиз мов , а механизм реакции , как теперь стало ясно , есть основа построения адекватной к инетической м о дели. Закончился XX век – столетие триумфального развития химической кинетики , включающего ка к микроуровень элементарного акта , так и м акроуровень многост а дийных процессов , отличающихся феном енальной сложностью механизмов . Основы химической кинетики как науки были заложены в н ачале века работами нобелевских лауреатов Я.В ант-Гоффа ( 1901 г ), С.А ррениуса ( 1903 г ), В.Ос твальда ( 1909 г ), а также М.Боденштейна . Различные аспекты теории элементарного акта были развиты Г.Эйрингом , М.Поляни , В.Г.Левичем и Р.Р.Догона дзе , лауреат а ми н обелевской пр е мии К.Фукуи и Р.Хоффманом ( 1981 г ), Г.Таубе ( 1983 г ), Р.Маркусом ( 1992 г ) и многими другими исследователями . Теория цепных реакций созд ана работами М.Боденштейна , Й.Христиансена и н о бе левских лауреатов Н.Н.Семенова и С.Н.Хиншельвуда ( 1956 г ), их уч е ников и последователей. Нобелевскими премиями были отмечены метод ы и результаты и с следований быстрых элементарны х реакций (М.Эйген , Дж.Портер , Р.Норриш , 1967 г ), а также разработка методов исследования динамики элеме нтарных актов газофа з ных реакций (Д.Хершбах , Я.Ли , Дж.Поляни , 1986 г ). Выдающиеся результаты были получены в области кинетики гом о генных и гетерогенных катал итических реакций . Отметим лишь теорию кин етики гетерогенных реакций на неоднородных по верхностях (М.И.Темкин и С.З.Рогинский ), теорию ки нетики стационарных р е акций Хориути-Темкина , открытие катализа комплексами палладия окислител ь ных пре вращений олефинов (И.И.Моисеев , М.Н.Варгафтик , Я.К.Сырк ин , Ю.Смидт и др .) и соз дание И.И.Моисеевым теории эти х процессов на о с нове детальных кинетических иссле дований (премия им . А.П.Карпинского , 1999 г ). Д вадцатое столетие увенчалось замечательным откры тием новой области физ и ческой химии элементарного акта , названной "фемтохимия ", и нобелевской прем ией по химии 1999 г американскому ученому , египт я нин у А. Зевейлу ( A . Zewail ) " за его исследования переходных состояний мето дом фемтосекундной (10 – 15 сек ) лазерной спектроскопии ". До стигнут предел измерения скоростей химических реакций . Появилась возмо ж ность следить за процессами , протекающими за время одного колебания атомов в химической связи – 10 – 100 фс . Переходное состояние ряда р е акций фиксиру ется с разрешением 0.1 Е по координа те реакции с полным спект ральным портретом . Достигнут уровень разрешения соседних эне р гетических состояний ~ 10 – 4 см – 1 . Все резул ьтаты изучения "неравновесной " кинетики химических р е акций на микроуровне чрезв ычайно важны для обоснования базовых принципо в химической кинетики , но пока мало полезн ы для решения з а дач макроуровня – исследования механизмов сложных реакций в газах , раств ор ах и на поверхности твердого тела в усл о виях максвелл-больцмановского распределения , т. е . задач "равновесной " кинетики х и мических реак ций . Если задача выяснения механизмов и по строения к и нетических моделей сложных реакций для "равновесной " кинетики газ о фаз ных радикально-цепных реакций решается практически (вследствие возмож ности построения максимальных механизмов или реакционных с е тей с известными константами ско рости элементарных стадий ), то для сложных многомаршрутных процессов в растворах и на поверхност и р е шение этой задачи только начи нается . Эта проблема XXI века. Существует три типа математических моделе й (математического описания ) сложных процессов . Стохастические модели используют в е роятностные представления о процессах в объекте исследования . Вычи с л яются функции распределения вероятностей для перем енных п а раметров модели (концентрация , температура в случае химических пр о цессов ). Эти модели пока что редко используются в химической кинетике , но они ок а зались полезными для описания и моделирования повед ения больших систем (химических комплексов , химических предприятий ). Статистич е ские модели используют для описания эксперимен та на работающем об ъ екте исследования . Описывается связь значений входящих в систему и выходящих из системы пер е менных без использо вания физико-химической информации о проис ходящих в объекте процессах (модель черного ящика ). Математическим описанием поведения си с темы обычно являются уравнения в форме полиномо в . Для обеспечения статис тич е ской независимости параметров модели испо льзуют планирование эксперимента (например , о ртогональные планы эксперимента ). Детерминированные м о дели основаны на закономер ностях физико-химических процессов с опред е ленной структурой модели . Име н но такими моделями являются теоретически о боснованные кинетически е модели . Дете р минирова нным , структурным , теоретически обоснованным кинет ическим моделям (КМ ) химических процессов и будет посвящен данный курс ле к ций . При математическом моделировании каталитическ ого процесса с у ществует определенная иерархия матем атически х моделей . Модели пе р вого уровня – кинетические модели процессов на зерне твердого катал и затора или в элементарном объеме жидкой фазы в гомогенной реакции , неослож ненны е про цессами переноса массы , тепла и гидродинамиче ск и ми факторами . Модели второго уровня в гет ерогенном катализе рассма т ривают процессы в слое катализатора , а модели третьего уровня в г ом о генно м и гетерогенном катализе – это модели реактора в целом , включая все процессы переноса и структуру потоков . Модели первого уровня (КМ ) будут рассматрив аться в настоящем курсе лекций . Такие модели нужны для исследования новых реакций , для оптим изации каталитич е ских процессов , расчетов промышленны х реакторов (как соста в ные части математической мо дели реактора ), для создания систем автоматизи рова н ног о упра в ления процессом. О понятии “ механизм р еакций ” Итак , в основе построения КМ лежит механизм процес са , т.е . сов о купность элементарных стадий , привод ящая к превращению исходных реагентов в к онечные продукты реакций , причем для одной и т ой же р е акции (каталитической или не каталитической ) существует некоторое к о нечное множес тво механизмов , определяемое сущ е ствующим на сегодня объемом знаний и действующими в химии пар а дигмами. Например , для реакции нуклеофильного замещ ения в ароматич е ском я дре ArX (некаталити ческой , катализируемой комплексами мета л лов или и ндуцированной переносом электронов с ArX и на ArX ) у стано в ле но 8 механизмов : Предло жено 13 одномаршрутных и 80 двухмаршрутных механизмов простой р е акции гидр ирования этилена на металлических катализаторах . Другими словами , для каждой реакционной системы (реагенты , катализ а тор ) существует некоторое мн ожество элементарных стадий – реакцио н ная сеть ( максимальный механизм ), отдельные блоки которой реализую т ся в зависимости от природы катализато ра , условий , заместителей в су б страте , степен и окисления металла-катализатора. В конце столетия наметилось объединение физико-химического и формально-к инетического подходов в изучении механизмов . Был сфо р мулирован взгляд на м е ханизм как на единство двух составляющих этого понятия – топологической (структурной ) и химической с оставля ю щих , и на их равноп равие – нельзя однозначно установить структу ру м е ханиз ма (взаимосвязь элементарных стадий ) н а основе только фо р мально-кинетического описания , так называемую "схему механизма ", а потом н а полнить ее химическим содержанием . Нельзя в общем случае из кинет и ческих экспериментов получить инф ормацию , необходимую для коррек т ной идентифик ации схемы механизма , не задав этот механи зм и не пост а вив соответствующие задачи для ф ормально-кинетического м е тода. Все эти обстоятельства вызвали необходимо сть пересмотра трад и ционной стр а тегии построения КМ. Альтернативн ые стратегии построения КМ Традиционная процедура построения КМ включает следующие эт а п ы : Главный недостаток этой процедуры (стратег ии ) – отсутствие алг о ритмов однозначного выполнения всех этапов . Поскольку эксперимент может быть адекватно описан большим числом математи ческих моделей (уравнений ), исследователь должен иметь какую-либо гипотезу о схеме меха низма (о структуре механизма ) или о форме предполагаемых уравн е ний . При этом подбор возмож ных гипотез (иногда интуитивный ) прои с ходит уже после сделанного эксперимента . Нет алгоритма перехода от математической модели к физиче ской модели (особенн о для многома р шрутных реакц ий ) (этап (б )). Переход к механизму реакции (этап (в )) также произволен и не формализ ован . На всех этапах этой стратегии пр и сутствует естественное стремление получить хотя бы о дно уравнение (и "схему механизма "), не проти воречаще е экспер и менту , и , очень часто , ни о какой дискриминации набора гипотез не ид ет речи . Напротив , авторы такой схемы меха низма начинают ставить эксперименты , чтобы до к а зать механизм , представляющийся автору наиболее разу мным . Вместе с тем , уже давно установл ено , что док а зать какую-либо гипотезу нельзя . Можно доказательно отбросить неработающие гипо тезы и показать согласие с экспериментом оставшихся гипотез – множес тва работающих гипотез . Целес ообразность выдвижения набора гипотез и получ ение множества работаю щих гипотез была убедительно обоснована более 100 лет назад ам ериканским ученым-геологом Т.Чемберленом. Таким образом , рациональная стратегия пост роения КМ является четкой методологически обо снованной гипотетико-дедуктивной логич е ской схемой исследов а ния , поддержанной возможностями компьютер ов и эффективным программным обеспечением . Су ть этой стратегии отражена в последовательнос ти ее этапов : Дискриминация гипотез может включать диск риминацию стадий , блоков стадий , отдельных мех анизмов , узлов сопряжения в многома р шрутных реакц иях. Вид КМ (формы математического описания ) зависит от особенн о стей механизма (л инейный и ли нелинейный ), условий проведения пр о цесса (стацион арный , квазистационарный , нестационарный ), типа реа кт о ра (открытый , закрытый ) и ряда принятых допущен ий . Линейным мех а низмом называют механизм , элементарные ст адии которого в прямом и обратном на правлениях линейны по интермедиатам – только одно пр о межуточное соединение находится слев а (или справа ) от стрелки в эл е ментарной ст а дии . Если в стадии участвует б ольше одного интермедиат а (в том ч исле и 2 молекулы одного интермедиата ), стадии нелинейны и механизм не л и нейны й . Самым общим видом КМ являются системы дифференциальных уравнений , алгебро-дифференциальных или алгебраических уравн е ний , (1) п равая часть которых всегда есть произвед ение матрицы стехи о метрических к о эффициентов для стадий механизма (транспонированной ) на вектор-столбец скоростей элементарных стадий ( ). В сл у чае линейных механизмов для реакции в стацио нарных или квазистаци о нарных условиях правая часть уравнения (1) преобразуется в дробно-рациональные уравнения скоростей по реагент ам ( R i ) или скоростей по маршрут ам ( R p ). Системы алгебраических ура внений для нелинейных м е ханизмов в общем с лучае не решаются , и уравнения типа (1) не приводя т ся к более простому дробно-рациональн ому виду . В случае кинетики на неоднородных пове рхностях в стационарных условиях скорость мож ет описываться и степенным уравне нием типа (2) (уравнение М.И.Темкина для синтеза аммиак а ): (2) К оэффициент m = 0.5 в случае железного катализатора , k + / k – = K – константа равновесия реакции . Особенности кинетических моделей для разн ых случаев , методы вывода кинетических уравне ний и методы по строения КМ в рамка х р а ц иональной стратегии будут рассмотрены в после дующих разделах курса . Освоение традиционной стратегии – предмет домашнего задания (курс о вой работы ). Вопросы для с амоконтроля 1) Перечислить недостатки традиционной стратегии. 2) Метод ологи ческое обоснование рациональной стратегии. 3) Назвать основ ные этапы рациональной стратегии и перечи с лить пр еимущества этой стратегии на всех этапах построения КМ. 4) Назвать особе нности КМ в случае линейных и нелинейных механизмов. Литература для у глубленного изучения темы 1. Шмид Р ., Сапунов В.Н ., Неформальная кинетика , М ., Мир , 1985, 263 с (традиционная стратегия ). 2. Бру к Л.Г ., Зейгарник А.В ., Темкин О.Н ., Вальдес-Перес Р ., Методы в ы движения г ипотез о механизмах реакций . Учебное пособие , М .: МИТ ХТ , 1999. 3. Темкин О.Н ., Брук Л.Г ., Зейгарник А.В ., Некоторые аспекты страт е гии изучения механизмов и построения кинетиче ских моделей сложных реа к ций , Кин е тика и ка тализ , 1993, т . 34, № 3, с . 445 – 462. 4. Темкин О.Н ., Проблемы кинетики сложных реакций , Ро сс . химич е ский журнал , 2000, т . 44, № 4, с . 58 – 65.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Моя голова работает как часы, но иногда оттуда неожиданно выскакивает кукушка.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Различные стратегии построения кинетических моделей сложных реакций", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru