Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Основные особенности кинетики гетерогенных процеcсов



Катализ. Основные понятия.

Катализом называют явление изменения скорости реакции или возбуждения ее, происходящие под действием некоторых веществ, называемых катализаторами, которые, участвуя в процессе, сами к концу реакций остаются химически неизменными. Как известно, влияние катализаторов может быть весьма сильным и под их действием скорости реакции могут изменяться в миллионы и большее число раз как в ту, так и в другую сторону. Под действием катализаторов могут возбуждаться реакции, которые без них практически не происходят в данных условиях. Катализ принято называть положительным, когда катализатор увеличивает скорость реакции, и отрицательным, — когда катализатор уменьшает скорость реакции. Замедляющее действие отрицательных катализаторов нередко обусловливается тем, что они понижают активность положительного катализатора, отравляя его. Мы будем в дальнейшем рассматривать преимущественно положительный катализ, называя его просто катализом. Реакции, которые каталитически ускоряются продуктами, получаемыми в этой же реакции, называют автокаталитическими (самоускоряющимися). Скорость этих реакций возрастает во времени.

Понятием катализ объединяются явления, иногда сильно различные по форме (механизму) действия катализаторов.

Так, в цепных реакциях положительные катализаторы могут облегчать возникновение цепей (вспомним действие паров металлического натрия на смесь хлора с водородом). Отрицательные же катализаторы в цепных реакциях могут действовать путем обрыва цепей. Так, например, действуют продукты разложения тетраэтил-свинца или карбонила железа, прибавляемых к моторным бензинам для уменьшения возможности преждевременных взрывов в цилиндрах мотора.

В некоторых других реакциях катализатор может образовывать с одним из реагирующих веществ, промежуточное соединение, через которое те же конечные продукты получаются легче — с меньшей энергией активации. Допустим, например, что в реакции:

А + В = АВ (а)

катализатор К может, взаимодействуя с А, образовать промежуточное соединение АК:

А + К = АК (б)

Соединение АК, взаимодействуя с В, может образовать АВ, выделяя К в свободном состоянии по реакции:

АК+В=АВ + К (в)

Если энергия активации реакций (б) и (в) существенно меньше, чем реакции (а), то взаимодействие происходит с большей скоростью через образование промежуточного соединения АК, и К является положительным катализатором реакции (а). Однако общим для всех каталитических процессов является то, что катализаторы могут возбуждать реакцию или изменять скорость ее, но не предел ее протекания в данных условиях, т. е. они не изменяют состояния равновесия, а лишь облегчают или затрудняют достижение его. Катализаторы всегда изменяют энергию активации реакции (уменьшая ее при положительном катализе).

Различные каталитические реакции принято разделять на реакции гомогенного катализа и реакции гетерогенного катализа. К первым относятся такие, в которых катализатор находится в однородной газовой или жидкой смеси с реагирующими веществами; в гетерогенном же катализе катализатор находится в виде самостоятельной фазы и взаимодействие протекает на поверхности его.

 

Гомогенный катализ.

Хорошо известным примером гомогенных газовых каталитических реакций может служить окисление двуокиси серы (или, правильнее, сернистой кислоты) с помощью окислов азота в качестве катализатора, применяемое в камерном и башенном методах производства серной кислоты. В этом процессе окисление SO2 осуществляется двуокисью азота, которая, восстанавливаясь при этом до NO, затем вновь превращается в NO2, окисляясь кислородом воздуха. Некоторые детали этого процесса могут еще толковаться различно, но несомненно, что катализатор образует промежуточные соединения, из которых затем полностью регенерируется.

Подобным образом действуют катализаторы и в ряде других реакций. Например, разложение ацетальдегида на метан и окись углерода

СН3СНО = СН4 + СО

катализируется парами йода. При 518°С энергия активации этой реакции в отсутствие катализатора равна 45500 кал; в присутствии же паров йода она снижается до 32500 кал и константа скорости реакции возрастает примерно в 10000 раз. Это происходит потому, что в присутствии паров йода реакция протекает в две стадии:

СН3СНО + I2 = СН3I + НI + СО

СН3I + НI = CH4 + I2

а для этих реакций энергии активации соответственно меньше. Как видно, и здесь катализатор участвует в образовании промежуточных соединений, из которых он потом полностью регенерируется.

Гомогенный катализ в растворах наиболее часто вызывается действием водородных или гидроксильных ионов. Каталитическое действие кислот было открыто К. Кирхгофом (1811). Инверсия сахара, омыление сложных эфиров, гидролитическое разложение амидов, ацеталей и много других реакций в растворах ускоряется действием водородных ионов, причем повышение концентрации их вызывает примерно пропорциональное увеличение скорости.

 

Основные особенности кинетики гетерогенных процеcсов.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.