Általános alapelvek katalízis
Catalysis - egy olyan jelenség, megváltoztatja a kémiai reakció jelenlétében anyagok, az állam és a számát, amely a reakció után állandó marad. Különböztetni a pozitív és negatív katalízis (rendre növelik és csökkentik a reakció sebességét), bár gyakran a „katalizált” azt jelenti, katalízis csak a pozitív; úgynevezett negatív katalízis gátlást. Egy anyag szerepel az aktivált komplex szerkezet, de nem egy sztöchiometrikusan reagens nevű katalizátor. Az összes katalizátor jellemzi az ilyen közös jellemzők, mint a specifikusabb és szelektívebb az intézkedés. A sajátossága a katalizátor azon képességét, hogy a reakciót meggyorsítsuk a csak egy vagy egy csoport hasonló reakciók, és nem befolyásolják a sebességet az egyéb reakciók. Például sok átmeneti fémek (platina, réz, nikkel, vas, stb) hidrogénezéshez katalizátorként folyamatok; alumínium-oxid katalizálja hidratációs reakciók, stb A szelektivitást a katalizátor - a képesség, hogy gyorsítsa az egyik lehetséges az adott körülmények között a párhuzamos reakciók. Az oka a növekvő a reakció sebességét kedvezően katalízis csökkentése aktiválási energia, miközben átáramlik a reakció az aktivált komplex katalizátor. Mivel szerint az Arrhenius-egyenlet, az állandó kémiai reakció sebessége exponenciális függvénye az aktiválási energia, csökkentve az utóbbi okoz jelentős növekedése a sebességi állandó. Valóban, ha azt feltételezzük, hogy a pre-exponenciális faktorok az Arrhenius-egyenlet (II.32), a katalitikus és nem katalitikus reakciók hasonlóak, tudjuk írni a arány a sebességi állandók: (II.44)
ha # 916; EA = -50 kJ / mól, az arány a sebességi állandó értéke 2,7 · 10 6 (sőt, a gyakorlatban az ilyen csökkentés EA a reakció sebességét növeli mintegy 10 5 alkalommal). Meg kell jegyezni, hogy a katalizátor jelenlétében nincs hatással a változás mértékét a termodinamikai potenciál a folyamatot, és ezért bármilyen olyan katalizátor lehet, hogy nem teszi lehetővé a spontán áramlás termodinamikailag lehetetlen folyamat (folyamat # 916; G (# 916; F) nagyobb, mint nulla). A katalizátort nem változik az értéke az egyensúlyi állandó a reverzibilis reakciók; katalizátor hatása ebben az esetben csak a gyorsuló egyensúly eléréséhez. Attól függően, hogy a fázis állam a reagensek és a katalizátor megkülönböztetni homogén és heterogén katalízis.
Ábra. 2.8 Energia diagram a kémiai reakció nélkül a katalizátor (1)
és a katalizátor jelenlétében (2).
Homogén katalízis. Homogén katalízis - katalitikus reakciókban, amelyekben a reagensek és a katalizátor ugyanabban a fázisban. Abban az esetben, homogén katalitikus folyamatok, a katalizátor reagál reagensek reakcióképes közbenső termékek. Vegyünk néhány reagált
A katalizátor jelenlétében hajtjuk végre két gyors folyású lépésben, így a képződését közbenső AK részecskéket, majd (miután az aktivált komplex AVC #) végső reakcióterméket a katalizátor regenerálása:
Egy példa egy ilyen folyamat a reakció az acetaldehid bomlási aktiválási energia, amely az EA = 190 kJ / mol:
A jód jelenlétében gőz, ez a folyamat két stádiumban megy végbe:
Csökkentése aktiválási energiája a reakciót katalizátor jelenlétében 54 kJ / mól; A reakció sebességi állandója növekszik mintegy 105-szor. A leggyakoribb típus a homogén katalízis savas katalízis, ahol a katalizátor a hidrogén-ionok H +.
Heterogén katalízis. Heterogén katalízis - katalitikus reakciók eljárva a határfelületen által alkotott katalizátor és a reaktánsok. Mechanizmus heterogén katalitikus folyamatok jóval összetettebb, mint abban az esetben, homogén katalízis. Az egyes heterogén katalitikus reakció megkülönböztetésére legalább hat lépésből áll:
1. A diffúziós a kiindulási anyagok a katalizátor felületére.
2. adszorpciója a kiindulási anyagok a felületre, így egy bizonyos intermedier vegyületeket:
3. aktiválása adszorbeált állapotban (a szükséges energiát ez az igazi energia aktiválás): AVK -> AVK #
4. A szétesési aktivált komplex adszorbeált alkotnak reakciótermékek: AVC # -> SDK
5. A deszorpciós reakció termékek a katalizátor felületéről. SDK -> C + D + K
6. A diffúziós a termékek a katalizátor felületi reakció.