ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Катализ и контактные реакции из "Основы синтеза промежуточных продуктов и красителей" В изложенном выше обозрении главнейших химических процессов, применяемых для синтеза промежуточных продуктов и красителей, мы нередко встречались с понятием катализа и катализаторов. В последующем мы несколько подробнее остановимся на выяснении тех явлений, которые принято называть каталитическими, рассмотрим их техническое значение в интересующем нас круге химических превращений, их разновидности и практику их использования. Такое выделение этой темы тем более необходимо, что каталитические явления играют весьма важную роль в технически применяемых реакциях, что некоторые виды катализируемых превращений, вошедшие в практику сравнительно недавно, быстро завоевали для себя широкое признание, и потому наконец, что изучение теории каталитических явлений позволяет глубоко осветить ход химических реакций. [c.466] Катализом называется явление ускорения, иногда и вызывания, реакции без притока энергии извне, обусловливаемое присутствием в реакционной системе некоторого вещества или некоторых веществ в количествах, иногда очень малых и не находящихся в стехиометрических отношениях с реагирующими веществами системы. Вещество (или вещества), применяемое для ускорения данной реакции, называется ее катализатором. Количество катализатора и его состав не изменяются в течение реакции. Катализатор не входит в уравнение катализируемой реакции. В течение реакции в катализаторе имеют место иногда физические изменения (изменение поверхности, вида кристаллов и т. п.), и этим обусловливаются нередко различия в катализирующей способности отдельных катализаторов, зависящие от продолжительности их службы. [c.466] Катализаторы пригодны для определенных лишь реакций, как говорят, они специфичны. Таким образом имеются например катализаторы гидрирования, катализаторы окисления, катализаторы водоотнятия и т. п., причем катализаторы одного типа могут быть совершенно неактивными в другом роде реакций. Есть катализаторы с более широким кругом активности, так же как и обнимающие более узкий круг только одного рода реакций. Активность катализатора прежде всего функция его химического состава (при контактных реакциях помимо этого играют большую роль и характер и размеры поверхности). [c.466] Есть примеры каталитических явлений, где катализатором реакции оказывается или одно из реагирующих веществ или продукт реакции. Такие реакции носят название автокаталитических. [c.467] В зависимости от того, представляет ли катализатор вместе с реагирующими веществами однофазную или многофазную систему, различают гомогенный и гетерогенный катализ. [c.467] Гомогенный катализ может различаться по агрегатному состоянию химической системы. В практике интересующего нас круга вопросов наиболее часто встречаются примеры гомогенного катализа в жидкой среде. [c.467] Из разновидностей гетерогенного катализа наибольший интерес для наших целей представляют примеры применения твердого катализатора в жидкой среде и твердого катализатора в газовой или паровой фазе. Б гомогенном катализе участвует в реакции вся масса катализатора, и скорость реакции пропорциональна концентрации катализатора. В гетерогенном же катализе скорость реакции не находится в прямой пропорциональности массе катализатора, но зависит от величины его поверхности, его физических и химических свойств. Гетерогенный катализ представляет огромный интерес для химической промышленности вообще и для производства промежуточных продуктов в частности. Выше мы видели уже примеры этому, а в последующем будем иметь возможность разобрать еще некоторые. Тем не менее, несмотря на большое число исследований в этой области, она остается еще очень слабо теоретически освещенной, и достижения в ней завоевывались по преимуществу путем эмпирических проб и поисков, но не приложением научной теории. [c.467] Сложность проблемы изучения гетерогеииой реакции А. В. Раковский характеризует так , В гетерогеииой реакции мы различаем объемную массу фазы и поверхность раздела фаз (нли поверхность стенок сосуда). Реакция протекает нли начинается там, где вещества различных фаз впервые встречаются, т. е. иа поверхности раздела отсюда видна доминирующая роль последней в гетерогенных реакциях. Очевидно, что вещества должны подойти к этой поверхности, а продукты реакции отойти от нее, следовательно в общем случае явление диффузии и меры к ее ускорению нмеют большое значение для хода реакции. Еслн реакция происходит иа поверхности или в тонком поверхностном слое, то казалось бы, что основные законы кинетики должны прилагаться к концентрациям в этом Слое, а ие к объемным концентрациям в фазе. Но с точки зрения конечных результатов только последние представляют интерес, поэтому приходится нли обходить вопрос о конпентрациях на поверхности раздела нлн искать связь между поверхностными и объемными концентрациями . [c.467] Для уяснения роли катализатора в реакциях мы вспомним некоторые основные положения химической кинетики. [c.467] В зависимости от числа молекул, вступающих в реакцию, реакции различаются как реакции первого порядка, илн мономолекулярные, реакции второго порядка, или бимолекулярные, реакции третьего порядка, нлн тримолекулярные, и т. д. [c.467] Уравнение, определяющее скорость, может быть дано в иной форме, если принять за а — количество молей реагирующего вещества во время i = 0 и за х—количество превращенных молей его во время t. [c.468] Порядок реакции устанавливается на основании постоянства значений А в уравнениях скорости реакции прн подстановке в них определенных опытом значений переменных. [c.468] Из таких сложных реакций отметим прежде всего параллельные и последовательные (консекутивные) реакции. [c.469] Параллельными реакции называются тогда, когда реагирующие вещества взаимодействуют не в одном, а в нескольких направлениях. Примером параллельных реакций могут служить столь частые получения нескольких изомеров при замещениях ароматических производных. [c.469] Среди параллельных реакций интересны сопряженные реакции, г,п,е участие в смеси двух не реагирующих друг с другом веществ третьего реакционноспособного по отношению к одному из них вызывает проявление реакционности (как говорят, индуцирует ре-акционноспособность) и другого вещества, без этого неактивного. [c.469] Кинетика многих из рассмотренных нами выше реакций ароматических соединений прослежена еще недостаточно. Мы отмечали уже не раз тот факт, что многие реакции нельзя рассматривать как односторонние, т. е. идущие до конца. Реакция, начавшись с большой скоростью в направлении образования определенных веществ, под конец замедляется и в дальнейшем может сопровождаться обратной реакцией разложения продуктов реакции. Пример сульфирование и гидролиз сульфокислот в серной кислоте от образовавшейся воды. [c.469] Отношение констант скоростей прямой и обратной реакций определяет постоянную равновесия. [c.469] Вернуться к основной статье