30. Катализ и катализаторы.

Катализ - явление изменения скорости химической или биохимической реакции в присутствии веществ, количество и состояние которых в ходе реакции не изменяются (катализаторов).

Катализаторы - это вещества, которые, многократно вступая в промежу­точное взаимодействие с участниками реакции, изменяют ее механизм и увели­чивают скорость реакции; при этом они восстанавливают свой химический состав после каждого цикла промежуточных взаимодействий.

Роль катализатора состоит лишь в изменении скорости достижения состояния равновесия. Катализатор может увеличивать скорость толь­ко тех процессов, которые разрешены термодинамически.

Некоторые химические реакции без катализаторов практически не­осуществимы, например, из-за слишком большой энергии активации. Катализатор снижает энергию активации реакции и позволяет тем самым проводить ее при существенно более низких температурах.

31.Технологические характеристики твердых катализаторов.

Твердые катализаторы - это высокопористые веще­ства с развитой внутренней поверхностью, характеризующиеся опре­деленной пористой и кристаллической структурой, активностью, се­лективностью и рядом других технологических характеристик.

Рассмотрим некоторые характеристики твердых катализаторов.

Активность - мера ускоряющего воздействия по отношению к данной реакции.

Температура зажигания - это минимальная температура, при которой технологический процесс начинает идти с достаточной для практических целей ско­ростью.

С технологической точки зрения лучше использовать катализаторы с низкой температурой зажигания, что позволяет снизить энергетические затраты на предварительный нагрев реакционной смеси.

Селективность - способность избирательно ускорять целевую реакцию при наличии нескольких побоч­ных.

Селективность зависит не только от выбранных катализатора, но и от условий проведения процесса.

Пористая и кристаллическая структура катализатора. Важным свойством катализатора является пористая структура, которая харак­теризуется размерами и формой пор; удельной поверхностью ката­лизатора.

При выборе твердого вещества, которое должно служить катализатором, важную роль игра­ет доступность поверхности катализатора для реагирующих газов.

Наряду с пористой структурой большое значение имеет кристал­лическая структура катализаторов. Различные кристаллические мо­дификации одного и того же вещества могут обладать сильно отлича­ющейся каталитической активностью

32. Основные стадии гетерогенно-каталитического процесса в системе твердый катализатор –газообразные реагенты

Гетерогенно-каталитическая реакция на поверхности твердого ката­лизатора — это сложный многостадийный процесс. Наблюдаемая общая скорость каталитической реакции зависит от относительных ско­ростей нескольких различных по своей физической и химической при роде стадий.

1-я стадия. Сначала происходит диффузия газообразного реагента из основного потока к внешней поверхности зерна катализатора через газовую плен­ку, в которой концентрация реагента ниже, а концентрация продукта выше, чем в основном потоке. Эту стадию можно назвать стадией внешней диффузии.

2-я стадия. Основная часть молекул газообразного реагента диф­фундирует внутри пор катализатора (стадия внутренней диффузии).

3-я стадия. Молекулы реагента адсорби­руются на поверхности катализатора. Адсорбция заключается в некото­ром уплотнении газа на поверхности твер­дого тела.

4-я стадия. Вслед за адсорбцией происходит собственно поверх­ностная химическая реакция, которая заключается в перегруппировке активированного комплекса адсорбции или во взаимодействии одного адсорбированного реагента с молекулами другого реагента. Механизм этой реакции может быть различным; от него зависит и вид кинетического уравнения. В результате поверхно­стной реакции образуется адсорбированный продукт

5-я стадия. Десорбция продукта с поверхности катализатора. На этом этапе также проявля­ются специфические свойства катализатора: энергия связи адсорбиро­ванного продукта и адсорбента должна быть такой, чтобы десорбция в объем не вызывала затруднений.

6-я стадия. Десорбированные газообразные продукты диффунди­руют из пор к внешней поверхности катализатора.

7-я стадия. Газообразные продукты диффундируют от поверхно­сти катализатора в газовый поток через пограничную пленку, окру­жающую зерно катализатора.