Гомогенный и гетерогенный катализ
Каталитическая реакция – всегда сложная реакция. Простейшая кинетическая схема каталитической реакции
А1 + А2 = В1 + В2
состоит из двух обратимых элементарных стадий:
(1) Z + A1 ↔ ZI + B1; (1.43)
(2) ZI + A2 ↔ Z + B2. (1.44)
Здесь Z – исходная форма катализатора; ZI – активированная форма.
В случаегомогенного катализа Z – молекула катализатора, находящегося в том же агрегатном состоянии, что и другие участники реакции; в случае гетерогенного катализа (как правило, катализатор – твердое вещество) Z – место на поверхности катализатора – адсорбционный центр.
Выражение для общей скорости реакции (v) в стационарном режиме (вспомните из курса общей и неорганической химии понятие и смысл стационарности) можно получить, решив систему уравнений, первое из которых отражает принцип стационарности, а второе – материальный баланс по катализатору:
v = v1 – v-1 = v2 – v-2 (стационарность);
[ Z ] + [ ZI ] = [ Z ]0 (материальный баланс по катализатору).
Нижние индексы у скоростей с разными знаками соответствуют прямому (+) и обратному (-) направлениям данной элементарной реакции.
[ Z ]0 в уравнении материального баланса – это суммарная (определяемая аналитическими методами) концентрация катализатора в случае гомогенного катализа или суммарное число адсорбционных центров на поверхности катализатора (в расчете на 1 м2 площади поверхности) в случае гетерогенного катализа.
Подставляя выражения для скоростей элементарных реакций через концентрации реагирующих веществ (их Вы можете написать самостоятельно), получаем:
|
|
|
v = [ Z ]0(k1 [ A1 ] k2 [ A2 ] – k-1 [ B1 ] k-2 [ B2 ]) / (k1 [ A1 ] + k-1 [ B1 ] + k2 [ A2 ] + k-2 [ B2 ]).
(1.45)
Уравнением (1.45) описывается скорость многих известных каталитических реакций как в случае гомогенного катализа (окисление SO2 кислородом, катализатор – NO, все участники реакции – газы); так и при гетерогенном катализе (конверсия СО водяным паром в присутствии катализатора Fe3O4).
Более подробно закономерности кинетики каталитических реакций и механизмы конкретных реакций рассмотрены в курсе лекций и в [5].
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 15; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!