ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Катализ из "Химия, пособие для поступающих в ВУЗ" Катализом называется изменение скорости химической реакции в присутствии некоторых веществ, называемых катализаторами. Как правило, количество катализатора очень невелико по сравнению с содержанием реагирующих веществ. Если реакция протекает под действием катализатора, то она называется каталитической. Катализ очень широко используется в современной химической технологии. [c.50] Регенерированная таким образом молекула N0 присоединяет кислород н снова участвует в окислении сернистого ангидрида и т. д. [c.51] При гетерогенном катализе реакция происходит на поверхности катализатора, поэтому особую роль играет величина поверхности, а также химический состав и структура поверхностного слоя катализатора. В свою очередь, структура катализатора зависит от способа его приготовления, в частности от термической обработки. Наилучшимн каталитическими свойствами обладают катализаторы, приготовленные прп возможно более низкой температуре и имеющие несовершенную кристаллическую структуру. Поэтому катализаторы на базе оксидов чаще всего получают разложением соответствующих гидроксидов или малоустойчивых солей — оксалатов, нитратов и т. д. Катализаторы на базе металлов обычно изготовляют путем восстановления их соединений водородом. Например, часто применяемый в качестве катализатора оксид алюминия полу чают обезвоживанием гидроксида при температуре не выше 400 °С. Никелевые катализаторы, используемые для реакций гидрирования, получают восстановлением оксида никеля водородом при 300 °С (если катализатор получать прп более высокой температуре, его активность снижается). [c.51] При гетерогенном катализе обычно каталитическим действием обладает не вся поверхность катализатора, а лишь ее незначительная часть, так называемые активные центры. В пользу этого говорят следующие факты. Есть вещества, известные под названием каталитически.х ядов, которые, попадая на поверхность катализатора, отравляют его, т. е. выводят из строя. Например, платиновые катализаторы отравляются соеди-непнями мышьяка, селена, те.члура. Соединения серы отравляют катализатор для синтеза аммиака. Отравление катализатора вызывается очень небольшим количеством каталитического ила, достаточным для адсорбции или химического взаимодействия лишь на небольшой части его поверхности. Следовательно, активной в отношении катализа является лишь часть поверхности катализатора. [c.52] Активными центрами на поверхности катализатора являются. по-видимому, места, где нарушается однородность кристаллической структуры, углы, трен1нны иа поверхности, искажения структуры, точки контакта двух фаз. Вероятно, именно последнее обстоятельство яв.чяется причиной резкого усиления каталитической активности в результате добавления промоторов — веществ, которые сами по себе не ускоряют реакцию, но активируют катализатор. Например, добавление оксида алюминия усиливает каталитическую активность железного катализатора для синтеза аммиака. [c.52] Гетерогенным катализом об1 ясиястся влияние на скорость реакции материала сосуда, в котором проводится реакция. Так, например, в платиново.м сосуде реакция соединения водорода и кислорода начинается уже при комнатной температуре. [c.52] Действие катализаторов (как гомогенных, так и гетерогенных), как правило, специфично одно и то же вещество может быть хорошим катализатором для одной реакции или группы реакций, но практически не влиять на скорость других реакций. Специфичностью действия катализаторов часто пользуются в органической химии, когда путем правильного выбора катализатора удается осуществить одну из нескольких возможных параллельных реакций. [c.52] Посторонние вещества могут не только ускорять, но и замедлять реакции. Такое явление иногда называют отрицательным катализом, а соответствующее вещество — ингибитором (от английского inhibit — препятствовать, сдерживать). Действие ингибитора сводится к дезактивации либо положительных катализаторов, либо активных частиц реагентов и промежуточных продуктов, например свободных радикалов в цепных реакциях. Поскольку при этом ингибитор претерпевает химические превращения, термин отрицательный катализ в данном случае не вполне точен. Ингибиторы применяются на практике для защиты металлов от коррозии (ингибиторы коррозии), для стабилизаци( малоустойчивых вещесто (например, пероксид водорода ие разлагается гораздо дольше, если добавить в него немного ортофосфата натрия) для других целен. [c.54] Катализатор же не изменяет величины константы равновесия реакции при данной температуре. Поэтому он может ускорить лишь такую реакцию, которая в данных условиях принципиально возможна и без катализатора, т. е, протекает в направлении от неравновесного состояния химической системы к равновесному, но без катализатора идет слишком медленно. Таким образом, катализатор не смещает равновесия, а влияет лишь на скорость его установления, понижая активационный барьер и ускоряя тем самым как прямую, так и обратную реакцию. [c.54] Другой пример. Использование катализатора при синтезе аммиака позволяет проводить процесс при более низкой температуре, че.м без него, при этом равновесие смещено в сторону образования продукта — равновесный состав отвечает значительной концентрации аммиака (прп повышенном давлении). Без катализатора скорость реакции в тех же условиях была бы практически ничтожной. [c.55] Не следует также забывать, что для получения различных продуктов, во-первых, в той или иной мере изменяют условия проведения реакции, что вызывает смещение равновесия. Во-вторых, саму технику проведения реакции строят таким образом, чтобы обеспечить в ходе процесса выделение нужного продукта нз реакционной смеси (например, путем отгонки), что позволяет увеличить его выход. Действительно, отбирая из реакционной смеси один из продуктов реакции, мы тем самым нарушаем равновесие и заставляем систему в ее стремлении к достижению равновесия воспроизводить (в соответствии с принципом Ле Шателье) отбираемое вещество. Таким образом, использование катализаторов ни в коей мере не противоречит учению о химическом равновесии. [c.55] Различают четыре главных класса неорганических соединении оксиды, основания, кислоты и соли. [c.58] Оксиды делят на солеобразующие и несолеобразующие. Последние называют также индифферентными (безразличными). Примерами несолеобразующих оксидов являются СО, SiO, N2O, N0. Солеобразующим оксидам, как видно из их названия, соответствуют соли, По отношению их к кислотам и основаниям солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные. [c.59] Основные оксиды — твердые при комнатной температуре, как правило, тугоплавкие вещества. Они образуются металлами в невыео чИх степенях окисления (I—П). Химическая связь в таких оксидах преимущественно ионная, в нх структуре нет отдельных молек л. Примеры основных оксидов К2О, СаО, FeO. [c.59] Если металл проявляет переменную степень окисления, то при ее возрастании свойства его оксидов меняются от основных к кислотным МпО — основной окснд, МпОо—амфотерный, МпгОт — кислотный. [c.60] Вернуться к основной статье