Общие понятия гетерогенного катализа

В настоящее время не существует общей теории каталитических явлений, поэтому возможно только схематическое представление о каталитическом процессе. Эти представления помогают разумно истолковать результаты экспериментов, но не дают возможности предвидеть каталитические свойства веществ. Следует отметить, что построить общую теорию катализа вряд ли возможно в принципе.

Это обстоятельство дает основания спорить относительно того, чем является разработка катализаторов и катализ вообще – наукой или эмпирическим искусством [1].

Г.К.Боресков сформулировал следующее определение катализа: «…возбуждение химических реакций или изменение их скорости под влиянием веществ – катализаторов, многократно вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой состав».

Катализ – это ускорение химических реакций веществами, которые регенерируются в конце превращения. Замедление реакции называется ингибированием. И в том, и в другом случае катализатор (ингибитор) стехиометрически не участвует в реакции. Катализатор входит в состав промежуточных продуктов, которые образуются и затем переходят в конечные вещества. Скорость этих реакций выше, чем в отсутствии катализатора.

По фазовому признаку катализ делят на гомогенный и гетерогенный. Наибольшее техническое значение имеют твердые катализаторы, т.е. гетерогенный катализ.

Концентрация активного комплекса составляет малую долю от концентрации исходных веществ. Поэтому иногда ничтожное количество катализатора меняет кинетические свойства системы.

Пример. Для изменения скорости окисления Na₂SO₃ достаточно 10^-13 г/экв. CuSO₄ (катализатор) на 1 л раствора.

При простом составе продуктов роль катализатора сводится только к ускорению медленно идущего некаталитического превращения. Примером простых реакций могут служить следующие превращения:

N₂ + 3 H₂ «2 NH₃

2 SO₂ + O₂ ® 2 SO₃

В этих случаях основными характеристиками катализатора являются его активность, стабильность в условиях проведения реакции, устойчивость к действию примесей.

Активность катализатора определяется скоростью, с которой под его воздействием реакция приближается к химическому равновесию.

Удельная каталитическая активность катализатора равна скорости каталитической реакции, отнесенной к единице поверхности катализатора, доступной для реагирующих веществ, А_уд. = V_р / S_пов. [2].

Рассмотрение каталитических превращений органических соединений показывает, что число термодинамически допустимых продуктов реакции очень велико. В этом случае избирательное действие, или селективность катализатора становится очень важной.

Селективность зависит от природы катализатора, условий протекания реакции – температуры, давления, от состава реакционной смеси .

Дата добавления: 2014-01-14