ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности гетерогенного катализа из "Управление реакциями нефтехимического синтеза Издание 2" В гетерогенных системах каталитическая реакция идет на поверхности раздела фаз. Ускорение реакции здесь зависит не только от количества катализатора, но и от величины его поверхности, а также от того, с какой скоростью происходит смена молекул, входящих в соприкосновение с этой поверхностью, т. е. от скорости диффузии реагентов и продуктов реакции. Химический процесс взаимодействия реагентов с катализатором и осуществление реакции здесь усложняются физическими процессами диффузии, адсорбции, десорбции, теплопередачи. Суммарная скорость реакции зависит от всех химических и физических факторов, что затрудняет изучение процессов гетерогенного катализа. [c.78] Гетерогенно-каталитический процесс состоит из следующих стадий 1) диффузия реагирующих веществ к поверхности катализатора 2) адсорбция их на поверхности 3) химическое превращение реагентов — реакция 4) десорбция продуктов реакции 5) диффузия продуктов реакции от поверхности катализатора в газовую фазу. Общая скорость реакции определяется самой медленной из этих стадий. [c.78] Обычная адсорбция ведет к образованию на поверхности твердого тела многослойной молекулярной пленки, которая находится в равновесии с газовой фазой в зависимости от условий процесса это равновесие может сдвигаться в сторону увеличения или уменьшения количества адсорбированного вещества. Повышение температуры здесь вызывает снижение скорости адсорбции и усиление десорбции молекул. [c.79] Активированная адсорбция происходит за счет свободных валентных сил на поверхности твердого тела и по своему характеру напоминает химическую реакцию. Скорость ее до определенного предела растет с повышением температуры, теплота адсорбции имеет порядок теплоты химических реакций, покрытие твердой поверхности — мономолекулярное. [c.79] Действующим началом гетерогенного катализа является именно активированная адсорбция, в результате которой молекулы реагирующих веществ под влиянием валентных сил катализатора претерпевают изменения, способствующие протеканию реакции. [c.79] Результаты многих исследований показывают, что свободные химические связи на поверхности катализатора распределены неравномерно, поэтому молекулы реагирующих веществ адсорбируются не всей поверхностью, а лишь отдельными участками ее — активными центрами. Активные центры представляют собой группы атомов или молекул, обладающих большей свободной энергией, чем остальная поверхность катализатора. О строении активных центров пока нет единого мнения. Они рассматриваются как неровности, пики поверхности, на которых атомы не окружены соседними атомами и поэтому обладают повышенной ненасыщенностью (Тейлор), как вершины, ребра кристаллов (Данков, Фрост), как аморфные группировки атомов и молекул на поверхности катализатора (Кобозев), как химическая неоднородность поверхности, наличие химических включений посторонних веществ (Рогинский). [c.79] Теория промежуточных соединений объясняет по-выщение реакционной способности молекул образованием двухмерных промежуточных соединений между адсорбированной молекулой и катализатором. Собственно, хемосорбция и является путем образования таких соединений. Промежуточные соединения обладают большей реакционной способностью, чем молекулы реагентов, и это облегчает течение реакции. [c.80] Теория деформаций и теория радикалов объясняют внутренние изменения в хемосорбированных молекулах. [c.80] Согласно теории деформации, молекулы, хемосор-бированные на поверхности катализатора, под влиянием поверхностных сил подвергаются поляризации и деформации. При этом отдельные связи в молекулах сильно ослабляются, что делает молекулы более реакционноспособными, склонными к перестройке связей и к образованию новых соединений. [c.80] Принцип теории деформаций положен в основу ряда современных теорий катализа — теория активированной адсорбции [53], мультиплетная теория [54], теория переходного состояния [55], теория ансамблей [56], электронная теория [57] . [c.80] Теория радикалов объясняет промежуточное состояние адсорбированной молекулы крайним пределом ее деформации — разрывом на отдельные радикалы, закрепляющиеся на катализаторе. Поскольку радикалы являются очень активными частицами, образование их облегчает реакцию. [c.80] Для применения гетерогенного катализа в промышленности требуется знать ряд факторов, определяющих эффективность работы катализаторов. Наиболее важные из этих факторов рассматриваются ниже. [c.81] Вернуться к основной статье