КАТАЛИЗ - Студиопедия
Катализа - промяна в скоростта на реакцията под действието на определени вещества, които участват в реакцията, но не влизат в състава на продуктите и не се консумират. Повече от 90% от индустриалните реакции са каталитични. Катализа в живите организми: ензими и ензими.
Катализата може да бъде положителна или отрицателна (във последния случай инхибитор). хомогенни и разнородни. Пример е производството на сярна киселина по два начина. 1-ви азот:
Азотните газове служат като хетерогенен катализатор. 2-ри метод - контактен: същата реакция, но с V2O5 или с Pt или Fe.
Основни принципи на катализата.
1) Катализата променя механизма на реакцията към енергийно по-благоприятен, т.е. намалява енергията на активиране. Например, за синтеза на амоняк, използването на W води до намаляване на E от 300 kJ/mol до 163 kJ/mol.
2) Механизмът на каталитично действие: катализаторът образува междинно съединение с молекулата на реагента, в което старите химични връзки са отслабени, в резултат на което се улеснява атаката на втората молекула на реагента. A+K=AK
3) Катализаторът не измества химичното равновесие, а само намалява времето, необходимо за достигането му. Разгледайте енергийната диаграма на реакцията и обратимата реакция.
Катализаторът увеличава скоростта на реакцията с: exp(DE/RT) пъти.
4) Катализаторът има селективно (избирателно) действие. Това се проявява в паралелни реакции, пример е разлагането на етанол при нагряване. Медта ускорява дехидрогенирането, Al2O3 - дехидратацията.
Активността на катализатора се измерва с броя молове вещество, което реагира на повърхността в s при дадена концентрация. Определя се от броя на активните центрове на повърхността, заемащи части от %.Те зависят от състава на катализатора и начина на получаването му.
Ceteris paribus активността нараства с растежаобща повърхност, така че е необходимо да се смила и така че газовият поток да не отнесе праха, катализаторът се нанася върху субстрата (пемза, азбест). Промоция - увеличаване на активността на катализатора чрез добавки. Например, за реакцията на синтез на амоняк, железният катализатор, добавянето на Al2O3 повишава активността с 1,5 пъти. Смесените катализатори са по-активни от съставките. Стареене на катализатора, дължащо се на рекристализация на повърхностния слой или отлагане върху повърхността на слоя на продукти в резултат на странични реакции или примеси.
Каталитични отрови: за желязото при синтеза на амоняк - вода, O, HCN, As. Това се обяснява с факта, че отровата се адсорбира върху активните центрове и ги блокира. Няма единна теория за катализата. За различни реакции могат да работят различни механизми на катализа, образуването на междинно съединение, в което химичните връзки на един от реагентите са отслабени, остава обичайно. Доказано е също, че не цялата повърхност на катализатора е каталитично активна, а само някои от нейните участъци, наречени активни центрове. Методът на приготвяне на катализатора, действието на промотора, промените в температурата и други външни условия влияят върху броя и природата на активните центрове и по този начин върху активността на катализатора.
% етапи на каталитична реакция върху твърд катализатор:
1) дифузия към повърхността
3) химична реакция на адсорбираното вещество към повърхността
4) десорбция на продукта
5) дифузия на продуктите.
По време на хемосорбцията адсорбатните молекули образуват повърхностно химично съединение, докато енергийната бариера се преодолява и адсорбцията се нарича активирана. Проявява се само при някои адсорбенти, за разлика от физическата адсорбция, която е възможна на всякаква повърхност. Хемосорбцията обикновено е необратима.Високата каталитична активност често е придружена от хемосорбция.
2.6.1. Теории, обясняващи някои видове каталитични реакции.
1. Мултиплетната теория на Баландин.
Изхожда от принципа на структурното съответствие между разположението на атомите в активните центрове и структурата на молекулите на реагиращите вещества. Мултиплетите са малки участъци от кристалната решетка на катализатора, които имат правилна конфигурация. Например, при реакцията на дехидратация на циклохексан катализатор могат да бъдат само такива метали, на чиято повърхност атомите са подредени под формата на мрежа от техните равностранни триъгълници; докато разстоянието между металните атоми трябва да бъде в диапазона от 2,47 A (Ni) до 2,8 A (Pt). Pb (2,47 A) и Rh (2,68 A) са активни, Ag (2,88 A) и Th (3,6 A) са неактивни. Действието на промоторите се обяснява с факта, че техните атоми допълват мултиплета или променят неговата структура. Действието на отровите се обяснява с тяхната силна адсорбция върху мултиплети. Принципът на енергийното съответствие: енергията на свързване на молекула с активен център не трябва да бъде много голяма и не много малка.
2. Теория на Кобозев за активните ансамбли.
Активният център е съвкупност от свободни атоми на катализатора, които не са включени в кристалната решетка. Ансамблите, състоящи се от оптималния брой атоми, имат каталитична активност. За реакциите на окисление оптимални са "ансамбли" от един атом, хидрогениране - два и т.н. Химическата природа на реагентите и катализатора не се взема предвид.
3. Електронни теории за катализа.
Волкенщайн създава теорията за катализа на полупроводниците. Активният център е свободен електрон или "дупка" на полупроводник. Хемисорбираните атоми или молекули се считат за примеси, които нарушават структурата на кристалната решетка. Те могат да бъдат донори или акцепториелектрони. Възможно е образуването на връзки: слаба донорно-акцепторна връзка поради валентния електрон на един от атомите на молекулата или йонна връзка, образувана по време на прехода на валентния електрон на адсорбирания атом към кристалната решетка.
Преходните метали с непълна d-обвивка също имат каталитична активност, където са възможни преходи на електрони към друга електронна обвивка.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: