Явление катализа PDF Печать E-mail
ОБЩАЯ ХИМИЯ - Скорость химической реакции. Химическое равновесие
Автор: AlexGreenEyes   
09.06.2008 18:21

Явление катализа

Для большинства химических процессов немаловажную роль играет скорость их протекания. Одним из широко применяемых методов управления скоростью химической реакции является использование катализаторов. Катализаторами называют вещества, которые изменяют скорость химической реакции, но в результате реакции не расходуются. «Отрицательные катализаторы» — вещества, которые понижают скорость химической реакции, но в процессе реакции не расходуются, — называют ингибиторами. Сам процесс влияния катализатора на скорость химической реакции называют катализом.
В зависимости от того, в одинаковых или различных агрегатных состояниях находятся катализатор и реагирующие вещества, различают гомогенный и гетерогенный катализ. При гомогенном катализе катализатор находится в том же агрегатном состоянии, что и реагенты. Если катализатор находится в другом агрегатном состоянии, чем реагенты, то это гетерогенный катализ. Примером гетерогенного катализа является гидрогенизация непредельных жиров на никелевом катализаторе в процессе получения маргарина.
Причины изменения скорости химической реакции в присутствии катализатора обычно связывают с предположением, что в этом случае реакция проходит по принципиально иному механизму, чем в отсутствие катализатора. Для многих реакций экспериментально было подтверждено образование в процессе реакции промежуточных продуктов с участием катализатора. Катализатор (обозначим его К) очень быстро вступает во взаимодействие с одним из реагентов (обозначим его А) с образованием неустойчивого и химически активного промежуточного соединения АК, которое в свою очередь вступает во взаимодействие с реагентом В с образованием конечного продукта АВ. Катализатор при этом выделяется в чистом виде. В результате вместо медленного одностадийного процесса
А+В=АВ                   медленно                                           (13.1)

 
Из приведенной схемы видно, что хотя катализатор и принимает участие в процессе реакции и существенным образом изменяет ее механизм, но в результате реакции его состав и количество остаются без изменений. Однако действие катализатора не может быть бесконечным, что можно было бы предположить на основании приведенной теоретической схемы. Существует целый ряд веществ, называемых каталитическими ядами, наличие которых в малых количествах на несколько порядков снижает или полностью подавляет активность катализатора. Действие каталитических ядов — уничтожение активности катализатора — называют каталитическим отравлением. Отсюда ясно, почему катализатор после окончания реакции остается количественно и химически неизменным. В качестве примера каталитических ядов можно привести соединения мышьяка, ртути, свинца, цианистые соединения, к которым особенно чувствительны платиновые катализаторы. В производственных условиях реагирующие вещества подвергаются очистке от каталитических ядов, а уже отравленные катализаторы регенерируют.
Однако имеются и такие вещества, которые усиливают действие катализаторов данной реакции, хотя сами катализаторами не являются. Эти вещества называются промоторами (промотирование платиновых катализаторов добавками железа, алюминия и др.).
Приведем конкретный пример — окисление SO2 в SO3 с участием катализатора NO:
SO2 +1/2O2 =SO3 А+В=АВ
Эта реакция протекает медленно. Но при введении катализатора образуется промежуточное соединение:
NO+1/2O2=NO2 К+В=KB и далее
SO2+NO2=SO3+NO A+KB=AB+K

Следует особо отметить, что действие катализаторов избирательно, поэтому, применяя разные катализаторы, можно получить из одного и того же вещества разные продукты. Так, например, в присутствии катализатора оксида алюминия Аl2O3 при 300 °С из этилового спирта получают воду и этилен:
С2Н5ОНН2O+С2Н4
При той же температуре, но в присутствии мелко раздробленной меди из этилового спирта образуется водород и уксусный альдегид:
 
Опыт показывает, что для каждой реакции имеется свой оптимальный катализатор.
Роль катализаторов в химическом производстве исключительно велика. Получение серной кислоты, синтез аммиака, получение из твердого угля жидкого топлива, переработка нефти и природного газа, получение искусственного каучука, пластмасс, гидрогенизация жиров — вот далеко не полный перечень важнейших производств, где применяются катализаторы. Очевидно, поиски новых, все более совершенных катализаторов будут способствовать повышению производительности труда и снижению себестоимости продукции.
Особую роль играют биологические катализаторы — ферменты. При их участии протекают сложные химические процессы в растительных и животных организмах.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить