|
Катализ - изменение скорости химической реакции в присутствии веществ (катализаторов), многократно вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции, но и восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой химический состав. Если промежуточное взаимодействие с катализатором делает возможным новый реакционный путь, по которому та же реакция протекает с большей скоростью, чем без катализатора, то явление называется положительным катализом и его нередко отождествляют с общим понятием катализа. Возможен и обратный случай, называется отрицательным катализом, когда присутствие катализатора исключает один из возможных без него путей реакции и оставляет лишь более медленные, в результате чего реакция замедлятся или даже практически полностью подавляется. Явления катализа распространены в природе и широко применяются в технике. Каталитическому воздействию может быть подвержено большинство химических реакций. Круг веществ, выполняющих роль катализаторов, весьма велик.
Характерной особенностью катализа является сохранение катализатором своего состава в процессе реакции. Из этого не следует, что при течении каталитической реакции катализатор не претерпевает никаких изменений. Во многих случаях наблюдаются изменения структуры катализатора, а иногда и его состава в результате взаимодействия с примесями или даже основными компонентами реакционной смеси. Характерным для катализа является то, что все эти изменения представляют собой побочные процессы, ни в коей мере не обусловливающие каталитические действия.
Возможность ускорения химических реакций и направления их в сторону образования желаемых продуктов без затраты энергии и катализатора и определяет исключительно большое практическое значение. Воздействие катализатора на химическую реакцию осуществляется путем промежуточного химического взаимодействия его с реагирующими веществами. Взаимодействие с катализатором открывает новый реакционный путь, обычно более сложный по числу стадий, на котором катализатор входит в состав активного комплекса по крайней мере одной из стадий. В соответствии с этим катализатор можно определить как вещество, изменяющее скорость химической реакции, участвуя в образовании активного комплекса одной из стадий данной реакции, и восстанавливающее свой химический состав при его превращении.
Виды катализа.
Выделяют два основных вида катализа вида катализа:
¨ Гомогенный катализ – при таком виде катализа катализатор и участвующие в реакции вещества образуют одну однородную систему.
Примером гомогенного катализа является окисление CO и CO2 в присутствии паров воды.
¨ Гетерогенный катализ – процесс при котором катализатор и участвующие в реакции вещества находятся в разных фазах и разделены границей раздела. Чаще катализатор при гетерогенном катализе это твердое тело, а реагирующее вещество – газ или жидкость.
Примером гетерогенного катализа является окисление аммиака в присутствии металлической платины.
¨ Отдельно выделяют микрогетерогенный катализ – в этом случае катализатор находится в каллойдном или высокомолекулярном состоянии.
Примером служат биокаталитические процессы.
Важнейшие каталитические процессы в промышленности.
1. Первым промышленным производством, основанным на использовании катализа, явился процесс Дикона - получение хлора окислением хлористого водорода кислородом воздуха при 400' в присутствии солей Сu.
2. Получение серной кислоты – её получают при окислении SO2 кислородом в присутствии платины. Были также разработаны ванадиевые катализаторы (V2O5 нанесенный в смеси с K2SO4 на различные носители).
3. Получение азотной кислоты – окисление аммиака на платиновых сетках. Широко используют для производства удобрений, взрывчатых веществ, и других химических продуктов.
4. Получение каучука синтетического – превращением спирта в дивинил.
5. Получение моторного топлива при помощи каталитического гидрирования угля и смолы.
6. Для повышения качества бензинов используют каталитические реакции циклизации и ароматизации углеводородов на платине.
|