Гомогенный и гетерогенный катализ  



а) ,     б) ,   

Ферментативный катализ: 

Ускорение процесса под воздействием микроорганизмов -ферментов (энзимов). Биокатализ . Активность, специфичность, избирательность.

Применение в промышленности (70%) (синтез аммиака, получение , , крекинг нефти, реакции гидрирования и окисления, пр.)

Общие закономерности каталитических реакций.

1. Нерасходование и неизменность химической природы катализатора

2. Количество введенного катализатора

а) Гомогенные реакции – пропорциональность количеству.

б) Гетерогенные реакции – пропорциональность поверхности.

3. Катализатор не смещает химического равновесия

а) В равной мере ускоряется как прямая, так и обратная реакции, т.е. состояние равновесия достигается быстрее .

б) Зависимости   и

 

 4. Селективность ( избирательность) действия катализатора

способность ускорять один из термодинамически возможных путей реакции. Мерой селективности служит доля реагента, превратившегося в целевой продукт (интегральная селективность) или отношение скорости образования целевого продукта к суммарной скорости превращения реагента по всем возможным направлениям.

               

                               

                              

5. Специфичность катализа -

состоит в том, что реакции данного типа ускоряются катализаторами только определенного химического состава (независимо от того являются они гомогенными или гетерогенными)

6. Образование лабильных промежуточных соединений

Катализ направляет реакцию по другому пути с иным числом и природой промежуточных стадий, иным составом и строением активированного комплекса.

а) Гомогенный катализ – промежуточные вещества стехиометрического состава.

б) Гетерогенный катализ – поверхностные соединения нестехиометрического состава.

Снижение величины энергии активации

основная причина изменения скорости химической реакции. 

а)  Схема реакции

некаталитической:

каталитической:

б) Профиль пути реакции:

1)

2) , т.е.

 в) , при

Промотирование и отравление катализаторов

Некоторые вещества, сами по себе не проявляющие каталитических свойств, при добавлении к катализатору способны усиливать или ослаблять его каталит. действие. Первые получили название промоторов, вторые – ядов (ингибиторов). Для твердых катализаторов сильнейшими ядами являются соединения .

 

Основные механизмы взаимодействия реагентов с катализатором.

1. Стадии каталитической реакции

а) Многообразие стадий каталитического процесса.

б) Обязательные 2 стадии

1) взаимодействие активного центра катализатора с молекулой реагента с образованием промежуточного соединения катализатора с исходными веществами. Под активным центром катализатора понимают определенную группу атомов на поверхности катализатора, принимающую непосредственное участие в формировании химической связи (ковалентной, донорно-акцепторной или иной) с молекулами реагента.

2) распад промежуточного соединения с образованием продуктов реакции и высвобождением активного центра.

2. Механизмы каталитической реакции.

Все возможные механизмы можно свести к 2-ум схемам.

а) Слитный механизм – обратимое образование активированного комплекса, включающего и активный центр катализатора  и молекулы всех реагентов. Механизм процесса можно представить совокупностью стадий:

             

             

б) Раздельный (поэтапный) механизм – катализатор является как бы переносчиком атомов, атомных групп или электронов от молекулы одного реагента к молекуле другого:

           

              

в) Рассмотренные механизмы реализуются преимущественно в разных температурных областях. Реакции с поэтапным взаимодействием осуществляются преимущественно при повышенных температурах, По слитному механизму – при относительно невысоких температурах .

Каталитическая активность

Мерой каталитической активностиявляется изменение скорости химической реакции в результате введения в систему катализатора

, где  скорость реакции в присутствие и отсутствие катализатора, соответственно. Второй член , обычно, существенно меньше  и им можно пренебречь, т.е. .

2. Удельной каталитической активностью называют каталитическую активность, отнесенную к единице количества катализатора

В гомогенном катализе :  

В гетерогенном катализе:

3. Число оборотов катализатора. Любая каталитическая реакция включает по крайней мере 2 стадии:

1) взаимодействие активного центра катализатора с молекулой реагента и образование промежуточного соединения,

2) распад промежуточного соединения с образованием продуктов реакции и «свободного активного центра», который вновь вступает во взаимодействие с молекулами исходных веществ. Такие циклы могут повторяться многократно. Число циклов, образования-распада промежуточного соединения катализатора с молекулами исходных реагентов, происходящих на одном активном центре в единицу времени, и называют числом оборотов катализатора. Для гомогенных катализаторов число оборотов численно совпадает с их удельной каталитической активностью.

 


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 376;