Каталитические процессы

Катализом называется давление, увеличения скорости или возбуждения химических реакций под действием веществ – катализаторов которые вступают в химическое взаимодействие с реагентами но восстанавливают свой химический состав по окончании процесса катализа. Катализаторы это вещества многократно вступающие в промежуточное взаимодействие и восстанавливающие свой химический состав, катализаторы как правило изменяют путь химической реакции и уменьшают энергию активации процесса d в присутсивии катализатора

1. Взаимодействие с катализатором с образованием промежуточного комплекса E1

2. С взаимодействием промежуточного комплекса со 2-м реагентом с образованием интермедианта внутри которого происходит перераспределение связей с получением комплекса продуктов реакции E2

3. Разрушение комплекса продуктов реакции с выделением катализатора и продуктов E3

Е2≤Е

Вывод: 1) действие катализатора основано на уменьшении энергетического барьера реакции, активность и мера ускоряющего действия катализаторов определяется

2) поскольку не зависит от пути реакции, то катализатор не влияет на положение равновесия, и одинаково ускоряет одну и обратную реакцию. 3) для экзотермических обратимых реакций катализатор позволяет создать процесс при более низких температурах тем самым получить более высокий выход продукта. Примерно 80% промышленных процессов являются каталитическими.

Виды катализа:

1) Биохимический катализ под действием ферментов (читай биохимию)

2) Кислотно-основный катализ протекает под действием протонов и анионов, это процесс гидротации, эутерификации, дегидротации, алкоголиза, гидролиза, аминолиза. Кислоты и основания могут быть представлены как в виде кислот Льюиса или кислот Бранстепа.

3) Окислительно-восстановительный катализ протекает под действием ионов переходных металлов (D, F элементы) в каталитическом акте участвуют свободные или частично заполненные электронами D и F орбитали металлов орбитали выполняют роль проводников электронов при разрыве связей в молекулах сырья и образованием новых связей продуктов реакций. Главную роль играют частицы с неспаренными электронами – радикалы, по радикальному механизму протекают реакции окисления, хлорирование сульфирование (не точно)

4) По агрегатному состоянию катализатора можно выделить А) гомогенный катализ протекающий в жидкой или газовой фазе, катализаторы: свободные радикалы, гидротированные ионы металлов протоны, гидроксиланионы и так далее. Б) гетерогенный катализ катализатор выступает в твердой фазе. В) относительно новый вид катализа – псевдо-гомогенный в котором размеры каталитических частиц сопоставимы с размерами реагентов или продуктов в частности это калойдно-дисперстные катализаторы и нано-катализаторы размер частиц которых составляет 10-100 анстрем.

Гетерогенный катализ широко применяется в промышленности,на поверхности твердого катализатора расположены энергетически неоднородные центры способные катализировать процесс – активные центры, не вся поверхность катализатора активна, именно на этих участках образуются промежуточные соединения и протекают каталитические реакции. Промежуточные соединения как правило не обнаруживаются химическими методами анализа, иногда удается определить наличие промежуточных соединений методами ЯМР при температурах -150-180 по механизму гетерогенный катализ может быть А) радикальным, когда активный центр содержит неспаренные электроны Б) кислотно-основных катализаторы имеют поверхностные кислотно-основные группы обладающие кислотной функцией, или ионы с пониженной электронной плотностью проявляясь в свойствах кислот Льюиса В) ионный катализ активными центрами являются оины переходных металлов, этот вид катализа встречается в производстве.

Стадии гетерогенного катализа – гетерогенный катализ напоминает гетерогенный некаталитический процесс:

1) Стадия диффузия реагента через пограничный слой частицу катализатора внешняя диффузия

2) Стадия диффузия реагента внутри пор катализатора к активным центрам – внутренняя диффуция, скорость внутренней диффузии зависит от размера пор если то коэффициент внутренней жиффузии равен коэффициенту внешней диффузии, в противном случае наблюдается внутреннее диффузионное торможение.