Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Каталіз



План:


Введення

Каталіз ( греч. κατάλυσις сходить до καταλύειν - Руйнування) - виборче прискорення одного з можливих термодинамічно дозволених напрямків хімічної реакції під дією каталізатора (ів), який багаторазово вступає в проміжне хімічна взаємодія з учасниками реакції і відновлює свій хімічний склад після кожного циклу проміжних хімічних взаємодій. [1]


Термін "каталіз" був введений в 1835 шведським вченим Йенсом Якобом Берцеліусом.

Явище каталізу поширене в природі (більшість процесів, що відбуваються в живих організмах, є каталітичними) і широко використовується в техніці (в нафтопереробці та нафтохімії, у виробництві сірчаної кислоти, аміаку, азотної кислоти та ін.) Велика частина всіх промислових реакцій - це каталітичні.


1. Основні принципи каталізу

Каталізатор змінює механізм реакції на енергетично більш вигідний, тобто знижує енергію активації. Каталізатор утворює з молекулою одного з реагентів проміжне з'єднання, в якому ослаблені хімічні зв'язки. Це полегшує його реакцію з другим реагентом. Важливо зазначити, що каталізатори прискорюють оборотні реакції, як в прямому, так і в зворотному напрямках.

2. Типи каталізу

Каталіз може бути позитивним (коли швидкість реакції збільшується) і негативним (коли швидкість реакції зменшується). Для позначення від'ємного каталізу часто використовують термін інгібування.

Каталіз буває гомогенним і гетерогенним (контактним). У гомогенному каталізі каталізатор складається в тій же фазі, що і реактиви реакції, в той час, як гетерогенні каталізатори відрізняються фазою.

2.1. Гомогенний каталіз

Прикладом гомогенного каталізу є розкладання пероксиду водню в присутності іонів йоду. Реакція протікає у дві стадії:

H 2 О 2 + I → H 2 О + IO
H 2 О 2 + IO → H 2 О + О 2 + I

При гомогенному каталізі дію каталізатора пов'язано з тим, що він вступає у взаємодію з реагують речовинами з утворенням проміжних сполук, це призводить до зниження енергії активації.


2.2. Гетерогенний каталіз

При гетерогенному каталізі прискорення процесу зазвичай відбувається на поверхні твердого тіла - каталізатора, тому активність каталізатора залежить від величини і властивостей його поверхні. На практиці каталізатор зазвичай наносять на твердий пористий носій.

Механізм гетерогенного каталізу складніше, ніж у гомогенного. Механізм гетерогенного каталізу включає п'ять стадій, причому всі вони оборотні.

  1. Дифузія реагуючих речовин до поверхні твердої речовини
  2. Фізична адсорбція на активних центрах поверхні твердого речовини реагують молекул і потім хемосорбция їх
  3. Хімічна реакція між реагують молекулами
  4. Десорбція продуктів з поверхні каталізатора
  5. Дифузія продукту з поверхні каталізатора в загальний потік

Прикладом гетерогенного каталізу є окислення SO 2 в SO 3 на каталізаторі V 2 O 5 при виробництві сірчаної кислоти (контактний метод).


3. Носій каталізатора

Металева платина (показана стрілками), стабілізована на носії - оксиді алюмінію

Носій каталізатора, інакше підкладка (каталізатора) (англ. carrier або support) - інертний або малоактивний матеріал, службовець для стабілізації на його поверхні частинок активної каталітичної фази.

Роль носія в гетерогенному каталізі полягає в запобіганні агломерації або спікання активного компонента, що дозволяє підтримувати високу площа контакту активної речовини (див. активна каталітична фаза) та реагентів. Кількість носія, як правило, набагато більше кількості нанесеного на нього активного компонента. Основними вимогами до носіїв є велика площа поверхні і пористість, термічна стабільність, хімічна інертність, висока механічна міцність. У ряді випадків носій впливає на властивості активної фази (ефект "сильної взаємодії метал-носій"). В якості носіїв застосовують як природні (глини, пемза, діатоміт, азбест тощо), так і синтетичні матеріали ( активні вугілля, силікагель, алюмосилікати, оксиди алюмінію, магнію, цирконію та ін) [2].



4. Хімія каталізу

Хімія каталізу вивчає речовини, що змінюють швидкість хімічних реакцій. Речовини, що уповільнюють реакції, називаються інгібіторами. Ферменти - це біологічні каталізатори. Каталізатор не знаходиться в стехіометричних відносинах з продуктами і регенерується після кожного циклу перетворення реагентів у продукти. Незважаючи на появу нових способів активації молекул (плазмохімія, радіаційне і лазерне впливу та інші), каталіз - основа хімічних виробництв (відносна частка каталітичних процесів складає 80-90%).

Реакція, нагодувати людство (рішення проблеми пов'язаного азоту) - цикл Габера-Боша. Аміак отримують з каталізатором - пористим залізом. Протікає при Р = 30 МПа і Т = 420-500 C

2 + N 2 = 2NH 3

Водень для синтезу NH 3 отримують шляхом двох послідовних каталітичних процесів: конверсії СН 4 (СН 4 + Н 2 О → СО + 3Н 2) на Ni - каталізаторах і конверсії утворюється оксиду вуглецю (СО + Н 2 О → СО 2 + Н 2). Для досягнення високих ступенів перетворення останню реакцію здійснюють у дві стадії: високотемпературна (315-480 C) - на Fe - Cr - оксидних каталізаторах і низькотемпературна (200-350 C) - на Cu - Zn - оксидних каталізаторах. З аміаку отримують азотну кислоту та інші сполуки азоту - від ліків і добрив до вибухових речовин.

Розрізняють каталізу'' гомогенний, гетерогенний, міжфазний, міцелярно, ферментативний.

Енергія активації E каталітичних реакцій значно менше, ніж для тієї ж реакцій за відсутності каталізатора. Наприклад, для некаталітичного розкладання NH 3 на N 2 + Н 2 E ~ 320 кДж / моль, для того ж розкладання в присутності Pt Е ~ 150 кДж / моль. Завдяки зниженню E забезпечується прискорення каталітичних реакцій в порівнянні з некаталітичного.


Література

  • Гейтс Б. Хімія каталітичних процесів / Б. Гейтс, Дж. Кетцір,
  • Г. Шуйт - М.: Мир, 1981. - 551 с.
  • Боресков Г. К. Каталіз. Питання теорії та практики. Новосибірськ: 1987.
  • Колесников І. М. Каталіз та виробництво каталізаторів. М.: Техніка, 2004. - 399 с.
  • Яблонський Г. С., Биков В. І., Горбань А. Н., Кінетичні моделі каталітичних реакцій, Новосибірськ: Наука (Сіб. відділення), 1983. - 255 c.
  • Журнал " Кінетика і каталіз "

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Мюонний каталіз
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru