磁场在化学化工中的应用

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1、磁场在化学化工中的应用　　冯光宏等进行的磁场处理对微合金钢的相变过程研究表明，磁场处理对微合金钢由奥氏体向铁素体的转变过程产生影响，下面是小编搜集整理的一篇探究磁场在化学化工应用的论文范文，供大家阅读参考。　　摘要：简述了磁场特性及其对化学反应影响机理，介绍了磁场效应在无机合成、有机化学、环境保护等方面的应用，展望了其在化学化工中的应用前景。　　关键词：磁化学;无机合成;有机化学;环境保护　　磁现象普遍存在于物质世界。20世纪初，电磁学奠基者法拉第就发现磁场与化学之间有着密切的联系，并首先提出了磁化学的概念。经过

2、数十年的努力，磁化学在实验技术上有了很大进步，灵敏度高、分辨率强，大型仪器(核磁、顺磁、磁天平等)的广泛应用，直流、交流、脉动磁场的实施，超高磁场(40T以上)的建立，开辟了控制化学过程的新途径，促进了磁化学的基础理论研究和在化工领域的应用研究。　　1磁场的特性及其对化学反应影响机理　　1.1磁场的特性　　(1)磁场的能量较低。在化学化工中应用的场强一般都在1T以内，其能量一般只是粒子热运动能量的万分之一到百万分之一，与化学键的键能相比，也差2~3个数量级。　　(2)磁场能对任何置于其中的磁极或电流施加作用力。物

3、质的本质是电性的，无论原子、分子，都是由带负电的电子在某种原子核的正的库仑场中运动，所以从微观机理上看，磁场必然要对置于其中的运动的带电微观粒子(电子、质子、各种离子等)产生不同程度的影响，产生影响的作用力是洛仑兹力。洛仑兹力的计算公式见式(1)：　　F的大小与磁感应强度B成正比，但方向总是与带电粒子运动方向垂直，说明它不能改变带电粒子的运动速率和动能。　　1.2磁场影响化学反应的机理　　洛仑兹力本身的特性决定不能赋予体系能量，因而不能直接以能量因素影响化学反应，但它可以改变粒子的运动方向。化学反应是伴随着电子运

4、动状态的改变而发生的化学键的断裂和形成过程，每一旧键的断裂和新键的形成都是轨道间的分裂和叠加的结果，轨道状态及变化趋势直接关系着键交换的可能性和形成的键的稳定性，若变形发生在有利于轨道叠加的方向，则可以加强对反应体系至关重要的离域效果，加速化学反应或降低活化能，若变形不利于反应需要的叠加方向，也可能对化学反应起负作用。磁场除了对前线轨道伸展状态施加影响外，还可能由于变形产生极化效应，影响其解离的快慢和程度，从而影响化学反应速度。　　参加化学反应的物质，根据组成物质分子在分子轨道中的电子配对或未配对，它在磁场中产生

5、的效应不同，可把物质分为顺磁性、反磁性和铁磁性三类物质。　　具有磁矩的分子表现为顺磁性，外磁场会影响磁性分子的取向，亦即影响反应体系的熵。对于磁矩为零的分子或原子，其反磁性总是存在的，磁场亦可在一定程度上影响其取向;另一方面，类似于非极性分子的瞬时偶极矩一样，磁矩为零的分子也有可能存在瞬时磁矩，从而使磁场对其取向施加影响。根据化学反应的过渡状态理论，反应速率常数k的大小见式(2)：　　可见，除了浓度、温度影响反应速率外，还有两个结构因素：活化焓(在液、固态反应时，约等于活化能)和活化熵能影响化学反应，即一个能量因

6、素、一个熵因素。由于磁场对反应体系能量的影响一般较小，主要是影响分子、原子及电子的自旋方式和自旋取向，即影响反应体系的熵，从而影响反应速率。　　除了上述基于量子化学基础上的影响反应速率的过渡态机理外，磁场影响化学反应的机理还有多种，如自由基对机理，三重态-三重态机理，三重态-偶极子对机理和三重态机理等。　　2磁场在化学化工中的应用　　磁化学分为无机磁化学、有机磁化学、生物磁化学和医疗磁化学等。本文仅介绍应用磁效应较多的一些具体的化工过程。　　2.1无机磁化学合成　　2.1.1合成氨　　朱传征等进行了常压下磁场对合

7、成氨催化反应的影响研究，结果发现，当控制N2与H2流速比为1∶3，预还原合成氨催化剂A体积为3.538mL，磁场能提高合成氨反应的反应速率和转化率，这种关系并非线性，在低磁场下有一个最佳的磁场强度范围(150~300mT)，最大转化率可达0.356%。上述效应的产生，主要是在磁场影响下，还原态的α-Fe晶体R化学位移发生了变化，乙酸的电导率增加了0.201μs・cm-1，酯净增率超过50%，反应速度加快。　　根据此原理，可用磁场催化白酒的老熟。酒在磁场作用下，酒中的极性分子键受磁场

8、影响，加速了极性分子的定向排列，使得各成分之间的化学反应容易进行，促进了酒中的酯化、氧化和缔合，使酒中的高级醇、醛类的含量降低，酸、酯的含量增加，减少了自由乙醇分子数，使酒迅速达到稳定状态，变得醇和香且杂味减小，从而达到催陈老熟的效果。经过一次磁化处理的酒，其自然老熟期可缩短3~4个月，使酿酒费用大为降低。当然，磁化老熟与自然老熟效果还是有一定的区别。　　2.2.2蔗糖转