Головна

Гомогенний і гетерогенний каталіз

  1. Вплив каталізатора на стан хімічної рівноваги.
  2. Гомогенний і гетерогенний каталіз
  3. Каталізаторами називаються речовини, здатні прискорювати хімічні реакції, самі залишаючись при цьому незмінними.
  4. Каталітичного крекінг і каталітичний риформінг. Установка КР зі стаціонарним шаром каталізатора

Речовини, які беруть участь в реакціях і збільшують її швидкість, залишаючись до кінця реакції незмінними, називаються каталізаторами.

Явище зміни швидкості реакції під дією таких речовин називається катализом. Реакції, що протікають під дією каталізаторів, називаються каталитическими.

Каталозі називають позитивним, Якщо швидкість реакції збільшується, і негативним, Якщо швидкість зменшується.

У більшості випадків дія каталізатора пояснюється тим, що він знижує енергію активації реакції. У присутності каталізатора реакція проходить через інші проміжні стадії, ніж без нього, причому ці стадії енергетично більш доступні. Інакше кажучи, в присутності каталізатора виникають інші активовані комплекси, причому для їх освіти потрібно менше енергії, ніж для утворення активованих комплексів, що виникають без каталізатора. Таким чином, енергія активації різко знижується: деякі молекули, енергія яких була недостатня для активних зіткнень, тепер виявляються активними (рисунок 1.3).

Механізм дії каталізаторів пов'язаний зі зменшенням енергії активації реакції за рахунок утворення проміжних сполук. Каталозі можна представити таким чином:

К

А + К = А ... До

А ... К + В = С + D + К,

де А ... К - проміжне активований з'єднання.

У хімічній промисловості каталізатори застосовуються досить широко. Під впливом каталізаторів реакції можуть прискорюватися в мільйони разів і більше. У деяких випадках під дією каталізаторів можуть порушуватися такі реакції, які без них в даних умовах практично не протікають.

Малюнок 1.3 - Зображення реакційного шляху некаталітична

реакції (крива 1) і каталітичної реакції (крива 2)

розрізняють гомогенний і гетерогенний каталіз. В разі гомогенного каталізу каталізатор і реагуючі речовини утворюють одну фазу (газ або розчин). В разі гетерогенного каталізу каталізатор знаходиться в системі у вигляді самостійної фази.

Приклади гомогенного каталізу:

1) окислення SO2 + 1 / 2O2 = SO3 в присутності NO. NO легко окислюється до NO2, А NO2 вже окисляє SO2;

2) розкладання пероксиду водню у водному розчині на воду і кисень. Іони  каталізують розкладання пероксиду водню, утворюють з ним проміжні сполуки, які далі розпадаються з виділенням кисню.

Широке застосування в хімічній промисловості знаходить гетерогенний каталіз. Велика частина продукції, що виробляється в даний час цієї промисловістю, виходить за допомогою гетерогенного каталізу. При гетерогенному каталізі реакція протікає на поверхні каталізатора. Звідси випливає, що активність каталізатора залежить від величини і властивостей його поверхні. Для того щоб мати більшу («розвинену») поверхню, каталізатор повинен володіти пористою структурою або перебувати в сильно роздробленому (високодисперсному) стані. При практичному застосуванні каталізатор зазвичай наносять на носій, який має пористу структуру (пемза, азбест і ін.).

Як і в випадку гомогенного каталізу, при гетерогенному каталізі реакція протікає через активні проміжні з'єднання. Але тут ці сполуки являють собою поверхневі сполуки каталізатора з реагують речовинами. Проходячи через ряд стадій, в яких беруть участь ці проміжні сполуки, реакція закінчується утворенням кінцевих продуктів, а каталізатор в результаті не витрачається.

Все каталітичні гетерогенні реакції включають в себе стадії адсорбції і десорбції. Каталітична дія поверхні зводиться до двох факторів: збільшення концентрації на межі розділу і активування адсорбованих молекул.

Приклади гетерогенного каталізу:

2H2O = 2H2O + O2 (Каталізатор - MnO2,)

Н2 + 1 / 2О2 = Н2О (каталізатор - платина).

Специфічною особливістю гетерогенного каталізу є здатність каталізатора до Промоція и отруєння.

Промоція- Збільшення активності каталізатора в присутності речовин, які самі не є каталізаторами цього процесу (промоторів).

промотори - Речовини, додавання яких до катализаторам підвищує їх активність і вибірковість, а іноді - і стійкість. Промотори входять в більшість промислових каталізаторів; наприклад, в синтезі аміаку використовують каталізатор губчасті залізні, а в якості промоторів містить Al2О3 , До2О і ін.

Каталізатор, що уповільнює швидкість хімічної реакції, називають інгібітором.

Активність гетерогенного каталізатора різко зменшується при отруєнні його отрутами. отруєння- Різке зниження активності каталізатора в присутності деяких речовин (каталітичних отрут).

Каталітичні отрути -речовини, що викликають «отруєння» каталізаторів (зазвичай гетерогенних), т. е знижують їх каталітичну активність або повністю припиняють каталітичну дію. Отруєння гетерогенних каталізаторів відбувається в результаті адсорбції отрути або продукту його хімічного перетворення на поверхні каталізатора. До числа найбільш поширених каталітичних отрут для металевих каталізаторів відносяться речовини, що містять кисень (H2O, CO, CO2), Сірку (H2S, CS2, C2H2SH і ін.), Se, Te, N, Р, As, Sb, а також ненасичені вуглеводні (C2H4, C2H2) І іони металів (Cu2+, Sn2+, Hg2+, Fe2+, Co2+, Ni2+). Кислотні каталізатори зазвичай отруюються домішками підстав, а основні - домішками кислот.

Дуже велику роль грає каталіз в біологічних системах. Більшість хімічних реакцій, що протікають в травній системі, в крові і в клітинах тварин і людини, є каталітичними реакціями. Каталізатори, звані в цьому випадку ферментами, являють собою прості або складні білки. Так, слина містить фермент птіалін, який каталізує перетворення крохмалю в цукор. Фермент, який є в шлунку, - пепсин - каталізує розщеплення білків. В організмі людини знаходиться близько 30 000 різних ферментів: кожен з них служить ефективним каталізатором відповідної реакції.

Кінетика гетерогенних реакцій | Механізми хімічних реакцій


УДК 546 (075.5) | Макрушина, Т. І. | Швидкість хімічних реакцій | від концентрації | Залежність швидкості реакції від температури | хімічна рівновага | Досвід 2. Залежність швидкості реакції від температури | Дослід 4. Вплив каталізатора на швидкість реакції | Досвід 6. Вплив температури на стан рівноваги | Приклади РІШЕННЯ ЗАВДАНЬ |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати