Мультиплетная теория

ТЕОРИИ ГЕТЕРОГЕННОГО КАТАЛИЗА

В настоящее время не существует единой теории гетерогенных каталитических реакций, на основе которой можно было бы безошибочно выбрать для каждой реакции наиболее подходящий катализатор. Отдельные теории объясняют лишь частные стороны сложных каталитических явлений.

Мультиплетная теория, предложенная А. А. Баландиным, исходит из принципа структурного (или геометрического) соответствия между расположением атомов на активных участках поверхности катализатора и строением молекул реагирующего вещества. Таким образом, теория рассматривает не просто взаимодействие молекул в целом с поверхностью катализатора, а взаимодействие отдельных атомов или атомных групп в молекуле реагирующего вещества (так называемых индексных групп) с определенными геометрически правильными группировками атомов или ионов поверхностного слоя катализатора. Согласно этой теории активными центрами на поверхности катализатора являются мультиплеты. Мультиплеты - это небольшие, состоящие из нескольких атомов или ионов (2, 3, 4, 6), участки кристаллической решетки катализатора, имеющие правильную конфигурацию, зависящую от строения всей кристаллической решетки катализатора. Адсорбированная молекула «садится» на такой мультиплет так, что разные ее индексные группы связываются с разными атомами мультиплета. При этом связи между атомами адсорбированных молекул склонны разрываться, если атомы индексной группы адсорбированы на разных атомах мультиплета, и, наоборот, они склонны замыкаться, если атомы адсорбированы на одном и том же атоме мультиплета. Например, дегидрирование этилового спирта, согласно теории мультиплетов, происходит на дублете, причем к одному атому дублета (К) притягиваются водородные атомы групп СН₂ и ОН, а атом кислорода и углеродный атом группы СН₂ - к другому (K₁). В результате происходит разрыв связей С-Н и О-Н и образование связей Н-Н и С=О в молекулах уксусного альдегида и водорода (атомы дублета на поверхности катализатора изображены точками):

Если расстояния между атомами катализатора в дублете будут иными, то возможен другой процесс: водородный атом группы СН₃ и кислородный атом притянутся к одному атому дублета, а оба углеродных атома к другому. В итоге продуктами реакции будет этилен и вода:

Каталитический эффект существенно зависит от соотношения расстояний между атомами активного центра и атомами в индексной группе реагирующей молекулы.

Дата добавления: 2014-01-05