Константин Ефанов - Механизмы неорганических реакций выплавки чугуна и стали

Уманский в работе [24,с.71] приводит данные об отклонении d-орбиталей от симметрии в поле вокруг атома железа в кристаллической решетке. Так заряд d-орбиталей распределяется по Уманскому в виде конфигурации E gс концентрацией вдоль ребер куба и в виде конфигурации Т 2gс концентрацией вдоль диагоналей куба. Плотности магнитных электронов не обладают сферической симметрией по отношению к ядру железе [24,с.72].

Уманский приводит диаграммы распределения плотности магнитных спинов вдоль граней куба и вдоль диагонали [24,с.77]:

Как видно из рисунка, контурные линии одинаковой спиновой плотности вокруг ядра не являются окружностями. Малая плотность посередине показывает о наличии сжатия плотности в направлении пространственной диагонали в куба.

Уманский приводит диаграммы разности магнитной плотности между теоретической сферической конфигурацией и измеренной экспериментально [24,с.78]:

На диаграммах видна малая плотность посередине между атомами железа. На грани куба плотность избыточная, в диагональном направлении плотность недостаточная.

Уманский отмечает [24,с.14], что представление о расщеплении d- орбитали под действием кристаллической решетки на E gи T 2gуровни является ошибочным. Так как экспериментальная полоса для 3d-уровня получается существенно шире, чем расщепление от одного кристаллического поля. Экранирование свободными электронами полосы проводимости ионных полей уменьшаем симметричную часть локального потенциала решетки.

Распределение электронной плотности и заряда d-электронов в металле почти такое же как в изолированном атоме железа [24,с.15]. В т.ч. по причине электростатического равновесия. Волновые функции у нижнего края d-полосы сильно гибридизированы волновыми функциями полосы проводимости. За счет этого объясняется уменьшение числа электронов с семи в изолированном атоме до шести в металле. Истинная полоса проводимости содержит один электрон на один атом.

__

Механизмы реакций в неорганической химии описываются наглядно только для структуры веществ, описываемой орбиталями гантелевидной формы. Под механизмом реакции понимается последовательность промежуточных частиц от сырья до продукта реакции.

Можно увидеть два непротиворечащих друг другу подхода – физический, описывающий свойства металла (проводимость и др.) и химический. Объяснение механизмов реакций возможно только при использовании химического подхода с описанием структур молекул и химической связи с использованием гантелевидных орбиталей. Такой подход применен Полингом [1].

Отметим, что при описании процессов органических реакций на металлическом катализаторе в нефтепереработке, используют описание структур гантелеобразными орбитами. То есть для атомов металла, на которые адсорбируется органическая молекула, применяется орбиталь как в координационном соединении. За счет связи с орбитой металла, связи в органической молекуле ослабляются и становится возможной протекание химической реакции.

По первой модели металлической связи Друда можно сделать резюме, что валентные электроны атомов железа становятся общими для всей решетки. То есть атом теряет индивидуальные свойства. Для химических реакций необходим обратный процесс восстановления индивидуальных свойств, то есть валентных электронов и гантелевидных орбиталей.

Полинг отмечает [1,с.395], что металлические связи являются резонирующими ковалентными связями на основании сравнения длин октаэдрических гибридизованных связей и атомных радиусов в решетке металла. Таким образом, можно сделать вывод о возможности выхода из резонансной структуры орбиты в ковалентную связь с органическими или неорганическими молекулами.

__

Химические реакции при выплавки стали происходят в жидкой фазе после нагрева. Механизмы реакций должны описываться как механизмы реакций в растворе.

Механизмы реакций соединений железа в растворе относятся к химии координационных соединений.

Для описания структуры координационных соединений в неорганической химии используют четыре подхода [4]:

– теория кристаллического поля,

– теория валентных связей (теория Полинга [1]),

– теория молекулярных орбиталей,