Свойства катализаторов

1. Каталитическая активность катализатора.

Мерой каталитической активности катализатора (А) является изменение скорости химической реакции в результате введения в систему катализатора:

, (5.4)

где v _x и v ₀ – скорость реакции в присутствии катализатора и без него, – доля объема системы, занимаемая катализатором и недоступная для реагирующих веществ. Часто второй член в уравнении (5.4) настолько мал по сравнению с первым, что им можно пренебречь. Поэтому каталитическая активность – величина, симбатная скорости реакции:

(5.5)

Удельной каталитической активностью называют каталитическую активность, отнесенную к концентрации катализатора:

(5.6)

где с_k – концентрация катализатора в системе.

В гетерогенном катализе удельной каталитической активностью называют каталитическую активность, отнесенную к единице поверхности s твердого катализатора:

. (5.7)

Отношение удельных активностей разных катализаторов для данной реакции можно приближенно охарактеризовать отношением констант скоростей реакций:

(5.8)

Для однотипных катализаторов вероятность образования активированного комплекса, следовательно, и энтропии активации с участием катализатора приблизительно одинакова: . Поэтому

(5.9)

В гомогенном ферментативном катализе мерой каталитической активности является число оборотов реакции (turnover number), т.е. количество молекул, превращающихся за единицу времени на одном активном центре:

(5.10)

где – число оборотов реакции, с^-1; v – скорость реакции, моль/л·с; – концентрация катализатора, моль·л^-1.

Число оборотов принимает различные значения в зависимости от типа катализатора: 10^–7 – 10^–2 с^-1 для катализаторов кислотно–основного характера и 10^–2 – 10^–5 с^-1 – для ферментов, причем у каталазы достигает значения (2,5 –5)10⁶ с^-1.

2. Селективность (избирательность) действия катализатора

Селективностью (избирательностью) катализатора называют его способность ускорять один из возможных путей реакции, если она может протекать по разным направлениям с образованием различных продуктов.

При оценке селективности катализатора различают дифференциальную и интегральную селективность.

Под дифференциальной селективностью понимают отношение скорости образования нужного продукта к суммарной скорости превращения реагирующего вещества по всем направлениям. Например, если исходное вещество А испытывает превращения по разным последовательным и параллельным направлениям, причем по одному из этих направлений образуется требуемый продукт В, то дифференциальная селективность катализатора в отношении продукта В равна:

s = = , (5.11)

где n _B и n _A – количество продукта и исходного вещества; b/a – отношение стехиометрических коэффициентов при образовании продукта В из исходного вещества А.

Интегральной селективностью называется отношение общего количества нужного продукта при конечной степени превращения исходного вещества к теоретически возможному количеству.

Селективность катализатора имеет большое практическое значение, так как, подбирая подходящий катализатор, можно увеличить выход нужного продукта.