Катализ, основные представления

ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КАТАЛИЗЕ И СВОЙСТВАХ [c.230]

ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КАТАЛИЗЕ И СВОЙСТВАХ КАТАЛИЗАТОРОВ [c.214]

Ранее уже указывалось, что ферменты — это белки, выполняющие роль катализаторов в биологических реакциях. Необходимость таких катализаторов станет очевидной, если вспомнить, что температура тела равна 37°С, а многие органические реакции протекают только при более высоких температурах. Интересно было бы понять, каким образом ферменты осуществляют свои каталитические функции. Установление точного механизма действия ферментов составляет фундаментальную проблему биоорганической химии. Большая часть превращений происходит на поверхности белкового катализатора на участке, обозначаемом как активный центр, где химические превращения следуют основным закономерностям органической и физической химии. При этом одновременно действуют несколько факторов, которые следует ограничить и исследовать отдельно с помощью специальных моделей. Однако, чтобы оценить каталитическое превращение реагента (субстрата) в продукт реакции, необходимо общее представление о таком явлении, как катализ. Субстратом обычно называют химическое вещество, превращение которого катализирует фермент. [c.189]

Первые две стадии реакций контактного окисления, наряду с изложенными выше механизмами, могут протекать по механизму комплексообразования в тех случаях, когда катионы решетки сохраняют свою индивидуальность. Вервей [241 для обратных шпинелей , а затем Морин [25] — для окислов металлов с незапол- ненными З -уровнями электронов указали на такую возможность, объяснив возникновение в таких соединениях электропроводности присутствием в них ионов одного и того же металла в различных валентных состояниях и в эквивалентных позициях кристаллической решетки. Можно предполагать, что подобного рода механизм электропроводности возможен не только для окислов (в том числе и тройных систем окислов [26]), но и для многих полупроводниковых соединений переходных металлов. Базируясь на этих представлениях, Дауден [27 ] рассматривает хемосорбцию на поверхности и явления замещения одного сорбента другим как реакции образования и превращения комплексов по механизму и 8)у2-замещения. Киселев, [28] также рассматривает адсорбцию как процесс поверхностного комплексообразования, когда при возникновении донорно-акцеп-торных связей неподеленная пара электронов лиганда оказывается затянутой на внутренние орбитали атома решетки, являющегос центром адсорбции. При таком механизме адсорбированные молекулы всегда будут в той или иной мере реакционноспособны. Действительно, затягивание неподеленной пары лиганда на внутренние орбитали центрального атома приведет к деформации адсорбированной молекулы и ослаблению внутримолекулярных связей. Отметим попутно, что трактовка Киселева справедливо распространяет электронные представления и на механизм кислотно-основного гетерогенного катализа. Развивая представления теории поля лигандов, Руней и Уэбб [29 ] показали, что механизм реакций дейтеро- бмена, гидрирования и дегидрирования углеводородов на переходных [c.27]

Центральное понятие химической динамики (учение о химическом процессе) — понятие химической реакции — состоит из трех основных подсистем 1) учения о химическом равновесии (свободная энергия, энтальпия и энтропия реакции, химический потенциал) 2) учения о скорости химической реакции (активированный комплекс, энергия активации, катализ) 3) представлений о механизме элементарного акта, т. е. разрыва одних и образования других связей. [c.8]

Прежде чем переходить к обсуждению катализа ионами гидроксония и гидроксида, необходимо кратко остановиться на некоторых основных представлениях, касающихся кислотноосновного равновесия в растворе. В разбавленных водных растворах сильных кислот мерой протонирующей способности среды является концентрация ионов гидроксония. В случае концентрированных кислот, которые по существу уже нельзя считать водными растворителями, определить протонирующую способность среды не так просто. Проблема заключается в том, что кажущаяся кислотность среды меняется вследствие изменения коэффициентов активности. [c.58]

Книга представляет собой сжатый очерк современного состояния электронной теории катализа. Она имеет своей целью нарисовать основные контуры электронной теории в основном в том ее аспекте, в котором она развивалась в течение последних десяти лет автором настоящей книги и его сотрудниками. В первой половине книги ( 1—6) формулируются основные положения теории, вторая половина ( 7—12) посвящена анализу основных следствий, вытекающих из этих положений. В то же время книга содержит краткую сводку результатов ряда экспериментальных работ, посвященных электронным явлениям в катализе, проведенных в СССР и за границей. Она предназначена для физико-химиков, работающих в области катализа и знакомых с основными представлениями физики полупроводников, а также для физиков, занимающихся полупроводниками и интересующихся механизмом их каталитического действия. В книге сведена до минимума вся математическая сторона теории. Ее задача — описать физический механизм явления. [c.5]

Представления о важной роли непрерывной формы организации вещества в химических процессах составили существенную часть наиболее общих современных теорий кинетики и катализа. Теории — мультиплетная и активного комплекса — развивают представления о непрерывности перераспределения связей. Цепная теория совместно с электронной теорией полупроводникового катализа вводит представления о постепенности образования свободных радикалов. Теория кислотно-основного катализа говорит о непрерывности протонных (или вообще ионных) переходов. [c.407]

Повседневный лабораторный опыт свидетельствует о том, что за очень малым исключением реакции между кислотами и основаниями предельно быстры, поскольку мы не наблюдаем какого-либо запаздывания при диссоциации кислот или оснований, буферном действии, гидролизе и т.д. Действительно, во многих случаях реакции переноса протона с участием простых кислот и оснований достаточно быстры для того, чтобы рассматривать их как равновесные процессы. Существуют, однако, две причины, которые обусловливают интерес к изучению скоростей этих реакций. Во-первых, современная техника обеспечила возможность измерения скоростей предельно быстрых реакций с временами полупревращения вплоть до 10 с, таким образом, получена информация о механизме этих реакций. Во-вторых, реакции переноса протона, ко. да они сопровождают протекание других химических процессов, могут приводить к медленным наблюдаемым изменениям, особенно при катализе реакций кислотами и основаниями. Последний подход был развит ранее, но более логично рассмотреть вначале результаты прямого наблюдения реакций между простыми кислотами и основаниями, как это и сделано в настоящей главе. Здесь будут описаны некоторые общие черты экспериментальных результатов, а детальное обсуждение соотношений между скоростями, равновесиями и структурами мы отложим до гл. 10, чтобы провести его с использованием косвенной информации, полученной при изучении кислотно-основного катализа и представленной в тл. 8 и 9. [c.137]

В последние годы опубликовано несколько монографий по химической кинетике. В Советском Союзе изданы монографии Н. Н. Семенова О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности (1958) и В. Н. Кондратьева Кинетика газовых химических реакций (1958). В русском переводе вышла книга С. Бенсона Основы химической кинетики (1964). Эти обширные монографии дают достаточно полное представление о ряде важнейших направлений научных исследований в области химической кинетики. Однако, поскольку они содержат большое количество специального и зачастую дискуссионного материала, изучение этих монографий требует от читателя знакомства с основами химической кинетики. В то же время учебная литература по химической кинетике все еще немногочисленна. Особенно ощущался недостаток в учебнике по современным основам химической кинетики. По-видимому вследствие этого первое издание настоящего Курса химической кинетики , вышедшее в свет в 1962 г., разошлось очень быстро и возникла необходимость в выпуске второго издания — исправленного и дополненного. В предлагаемом курсе изложены теоретические основы кинетики гомогенных химических реакций. Кинетика гетерогенных реакций в курсе не рассматривается в связи с тем, что она в основном имеет значение для области гетерогенного катализа, которая представляет собой самостоятельный раздел науки. [c.4]

Исследования кинетики этих реакций были проведены лишь в самые последние годы. Было изучено превращение КНК в адипиновую кислоту , окисление циклогексанона метаванадатом аммония в среде серной кислоты окисление азотной кислотой полугидрата циклогександиона и некоторых других промежуточных соединений, образующихся при окислении циклогексанола Большинство этих реакций относится к классу катализируемых протонными кислотами. Поэтому обсуждению результатов работ по кинетике целесообразно предпослать краткое изложение основных представлений теории катализа протонными кислотами. [c.156]

Основные представления электронной теории катализа на полупроводниках. [c.17]

Идеи Берцелиуса и Либиха так и остались гениальными предвидениями, не опиравшимися на надежный фундамент представлений о динамике процесса. Только после разработки первых теорий формальной кинетики в 80-х годах XIX в. начали интенсивно развиваться теории катализа (контактные представления Вант-Гоффа и Оствальда). Новые успехи в развитии кинетики в XX в. (коллизионные представления, теории разветвленных цепных реакций и абсолютных скоростей реакций) порождали дальнейшее совершенствование представлений о катализе в это время теория промежуточной хемосорбции, цепная и электронная теория катализа, химическая концепция активной поверхности, теории кислотно-основного катализа и активных ансамблей. Специфика каталитических теорий обусловлена как самим характером соотнесения кинетики и катализа, так и важным промышленным значением последнего Недаром объектами кинетического исследования оказывались главным образом хорошо известные химикам [c.317]

Основные представления о скоростях химических реакций и катализе мы и попытаемся изложить в этой книжке. [c.4]

Метод подхода к основам химической технологии через рассмотрение работы отдельных установок в настоящее время в основном не практикуется в связи с переходом к более обобщенному направлению, в котором теория явлений переноса рассматривается в общем виде. В пределах этого направления могут быть рассмотрены многие классические теории химической технологии. Долгое время явления массопереноса в условиях протекания химической реакции, которые имеют огромное значение в широком многообразии химических процессов, практически не использовались. В последние пятнадцать лет в литературе появились важные работы по общему представлению одновременных процессов массопереноса и химической реакции. Сюда можно отнести теоретические и экспериментальные работы в таких промышленно важных областях, как химическая абсорбция, гетерогенный катализ, продольное перемешивание в химических реакторах и др. [c.7]

Существенной причиной затруднений в создании теории гетерогенного катализа является то обстоятельство, что одни и те же экспериментально наблюдаемые явления зачастую обусловливаются процессами самой различной природы, что, естественно, затрудняет их интерпретацию. Поэтому главное внимание исследователей направлено пока не на попытки создания универсальной теории, а на объяснение различных этапов каталитического процесса или отдельных типов гетерогенно-каталитических реакций. Основные современные теоретические представления о явлениях гетерогенного катализа и будут изложены в настоящей главе. [c.14]

В соответствии с современными тенденциями в пособии рассмотрены вопросы, связанные с методом молекулярных орбиталей, элементы статистической термодинамики, методы расчета химических равновесий, различные аспекты теории активного комплекса отражены достижения в области металлокомплексного, кислотно-основного и других видов катализа показано влияние структуры органических веществ и посторонних добавок на реакции в растворах отражены современные представления электрохимической кинетики. [c.3]

Теории катализа XX в. в большей или меньшей мере наследницы двух основных представлений о катализе, развитых в XIX в. С одной стороны, они унаследовали идею Либиха и его сторонников о постепенности в изменении химического взаимодействия атомов (позднее стали говорить — химических связей и их энергий) под влиянием катализаторов, а с другой стороны, восприняли понятие об образовании промежуточного соединения, причем не только между реагентами, но и между реагентами и катализатором . Уже сама идея активированного комплекса, о которой речь шла выше в предыду-пцах главах, является отходом от классического представления о промежуточном соединении как о полновалентном. В гетерогенных каталитических реакциях на само образование активированного-комплекса оказывает влияние поверхность катализатора, во-первых, повышая вероятность встречи молекул реагентов вблизи или на самой его поверхности, т. е. повышая значение предэкспоненты в уравнении Аррениуса, а во-вторых, облегчая образование активированных комплексов определенной геометрической формы вследствие соответствующего ей строения самой поверхности катализатора. Оба эти фактора в совокупности носят название матричного эффекта, который может проявляться не только поверхностью твердого катализатора, но и стенкой сосуда, а также структурными единицами раствора. [c.187]

Несмотря на значение электронных представлений в катализе, изложенная выше трактовка, основанная на примесной теории проводимости, находится в некотором противоречии с рядом экспериментальных данных. Вкратце укажем на основные из них. [c.25]

Уникальные каталитические свойства ферментов (см. гл. I) обусловлены весьма сложным механизмом их действия, многие стороны которого еще до конца не раскрыты. Всеобщее признание, однако, получило представление, согласно которому ферментативный катализ обусловлен по крайней мере тремя основными причинами во-первых, тем, что сорбция субстрата на ферменте протекает так, чтобы облегчить последующую химическую реакцию во-вторых, полифункциональ-ным характером химического взаимодействия между ферментом и сорбированным субстратом (или субстратами) и, наконец, в-третьих, эффектами микросреды, характеристики которой (диэлектрическая проницаемость, полярность и др.) в области активного центра могут существенно отличаться от соответствующих показателей водного раствора. В настоящей главе будут рассмотрены именно эти три физикохимических механизма ускорений в реакциях, катализируемых ферментами. Наиболее подробно остановимся на первом из них ( 1—4), поскольку именно здесь удалось глубоко и количественно проникнуть в природу движущих сил катализа. [c.34]

А, П, Руденко, нашли отражение все основные представления классического учения о катализе и, в частности, те, которые составляют основу мультиплетной теории. Это утверждение можно считать, пожалуй, первым положением теории Руденко,— причем положением ва.-кным и принципиальным, потому что оно характеризует прочность фундамента, на котором воздвигается здание теории. [c.202]

В последнее время имеются основания считать, что полупроводниковый, т. е. коллективный, механизм катализа свойствен не только окислительно-восстановительным реакциям, но и реакциям, которые обычно рассматривались как протекающие по механизму кислотного или основного катализа. Так, дегидратирующее направление реакции превращения пронилового спирта на окиси хрома находится в прямой зависимости от концентрации носителей тока (дырок) в катализаторе. Активность фосфатного катализатора в реакции Принса при весьма низкой кислотности катализатора хорошо коррелирует с интенсивностью сигнала ЭПР, т. е. с концентрацией носителей тока , что вполне объяснимо, если представить себе, что взаимодействие субстрата с электронными вакансиями катализатора происходит сперва путем распаривания электронной пары субстрата с переходом электрона на энергетические уровни катализатора. Затем может происходить и затягивание второго оставшегося электрона пары, так что дальнейший ход реакции будет вполне аналогичен общепринятым механизмам кислотного катализа. Обобщение представлений электронного и кислотно-основного механизма йа.та лиза было дано и в работах Киселева [25]. [c.17]

Феноменологические теории явлений, протекающих на поверхностях, должны исходить из основных представлений об элементарных процессах на поверхности твердой фазы. Так как для решения проблем катализа весьма важны прежде всего те явления, которые связаны со значительными энергетическими эффектами, то необходимо теорию соответствующих явлений выработать па основе квантово-механического рассмотрения химической связи. Целью квантово-механического изучения поверхностных состояний и хемосо-рбции является прежде всего разработка общей теории, которая не была бы связана с лишними ограничивающими предположениями. В таком случае можно считать представления об элементарных процессах хорошо обоснованными. Второй целью является постепенная разработка такого расчетного метода, при помощи которого можно было бы в будущем проводить расчет некоторых простых случаев. [c.34]

Эv eктpoниыe представления в катализе и основы радикальн о-ц епной теории катализа. Развитие электронного направления обещает существенные сдвиги в теории узловых вопросов катализа. Электронные представления дают новое освещение ряду известных явлений и открывают новые пути разработки основных проблем катализа. [c.217]

Радикалолюминесценция, как и всякий другой вид люминесценции, представляет собой избыток над тепловым излучением тела при данной температуре и имеет длительность, значительно превышающую период световых колебаний, т. е. она обладает общими для люминесценции чертами, отличающими люминесценцию от других типов излучения. Однако радикалолюминесценции присущ целый ряд особенностей, отличающих ее от других типов люминесценции. Эти особенности связаны главным образом с особенностями возбуждения, в частности особенностями процессов адсорбции радикалов, их рекомбинации в молекулу на поверхности фосфоров и десорбции образовавшейся молекулы. Эти особенности и рассматриваются в настоящей главе с исходных позиций изложенного Б гл. III механизма возбуждения радикалолюминесценции и основных представлений адсорбции, катализа и кинетики химических реакций. [c.117]

Исследования относятся в основном к физ. химии. Совм. с П. Г. Меликишвили нашел (1889), что пероксидные неорг. соед. и надкисло-ты содержат группировку атомов кислорода, характерную для пероксида водорода, установил (1897) строение пероксидов металлов и показал (1902) зависимость устойчивости надкислот и их солей в пределах одной группы периодической системы от ат. м. образующих элем. Изучал (1903—1914) влияние р-рителя на константы равновесия и свободные энергии ионных р-ций. Установил (1905) правило постоянства предела произведения молярной электропроводности на вязкость, обнаружил (1912) зависимость термодинамики р-ций в р-рах от способности реагирующих в-в к образованию сольватов. Создал основы электронной теории окисл.-восстановит. р-ций. Предложил (1916) теорию гальванического элем., учитывающую термодинамическое равновесие между ионами и электронами в металле и между ионами в металле и их сольватами в р-ре и объяснившую происхождение электродных потенциалов и природу электролитической упругости р-рения металлов. Создал электронную теорию катализа. Ввел представление о роли электронов проводимости при взаимодействии кристалла тв. катализатора как единого целого с молекулой реагента. Изучил влияние различных факторов на каталитическую активность металлов. В учебнике Введение в химию (1926) впервые изложил весь материал химии с позиции электронной теории строения атомов и молекул. [c.348]

Как известно, малые добавки оказывают сильное действие также на электропроводимость и другие характеристики полупроводников. Многие окис-ные катализаторы являются полупроводниками. В начале 50-х годов С. 3. Рогинским и Ф. Ф. Волькенштейном были сформулированы основные представления электронной теории катализа и хемосорбции на полупроводниках, основанные на применении к этим явлениям зонной модели и поддержании электронно-дырочного равновесия на поверхности полупроводника при взаимодействии с молекулами. Эта концепция в одноэлектронном приближении с несколькими дополнительными гипотезами дальше детально развивалась Ф. Ф. Волькенштейном, В. Л. Бонч-Бруевичем, В. Б. Сандомирским, Ш. М. Коганом, а за границей — Хауффе, Вейсом, Жерменом, Моррисоном и другими и стала впоследствии широко популярной среди всех специалистов по катализу. [c.8]

Учитывая, что исходное сырье представляет собой сложную систему как в химическом, так и в физическом отношении, а все основные и побочные реакции протекают на поверхности полидисперсных катализаторов в условиях нарастающей дезактивации, исследование проблем кинетики процессов каталитического гидрооблагораживання остатков строится на двух уровнях теоретических представлений. На первом уровне не учитывается гетерогенность протекания процесса, т. е. используются формальные подходы гомогенного катализа, основанные на различных эмпирических моделях, описывающих формальную кинетику основных реакций [55]. На втором уровне используются макро-кинетические методы гетерогенного катализа с учетом закономерностей диффузионных процессов, протекающих на зерне и в порах катализатора и использующих математические модели, связьшающие материальные балансы изменения концентраций реагентов с диффузионными характеристиками зерна и сырья, объединенные известными приемами. диффузионной кинетики [27]. [c.70]

Почти одновременно возникли представления о катализе, как о процессе, связанном с влeниями адсорбции. Это легло в основу первых адсорбционных теорий катализа А. Беллани (1824 г.) и М. Фарадея (1833 г.). Наряду с этими теориями, в основном верно, хотя и односторонне отражавшими сущность каталитических реакций, были предложены и идеалистические теории. [c.16]

В сборнике рассматриваются философско-методологические вопросы химии фундаментальные понятия и развитие понятийного аппарата, проблемы связи химии и физики, биологии и химии, вопросы химии экстремальных состояний (криохимия, плазмохимия), современные проблемы нестехиометрии, кристаллохимии, структурной гомологии, систематики и взаимоотношений молекула — вещество , молекула — атом . Обсуждаются вопросы истории и методологии развития химии структура основных концепций современной теоретической химии, развитие модельных представлений в катализе и появление эволюционного катализа, закономерности развития концептуальных систем химии и формирование новой, четвертой концептуальной системы химии (учения о химической эволюции). [c.208]

Основная задача физической химии биокатализа состоит в выявлении некоторой общности причин, обуславливающих уникальные свойства биологических катализаторов. Может показаться, что постановка такой задачи слишком контрастирует с тем положением, которое господствовало в энзимологии еще несколько лет тому назад, когда, несмотря на обширные качественные сведения о специфичности действия многих сотен ферментов, мы не имели,— как отмечает Уиль-. ям Дженкс (1969),— ни в одном конкретном случае сколь либо детального или количественного представления о движущих силах катализа [11. Однако с тех пор благодаря усилиям ряда научных школ произошли существенные сдвиги. Хотя и трудно отдать предпочтение тем или иным методическим подходам, однако вряд ли можно оспаривать важность вклада, который в решение поставленной проблемы внесли кинетико-термодинамические исследования. Они приобрели особое значение, когдэ в результате рентгеновских исследований структуры кристаллических ферментов появилась возможность трактовать их результаты на молекулярном уровне. [c.3]

В 1932 г. А. Н. Фрумкин указал на аналогию между формулой Тафеля и хорошо известным из теории кислотно-основного катализа соотношением Бренстеда. Такая аналогия может быть установлена, если рассматривать электрод как основание, протонирующееся при разряде иона водорода. Эта работа явилась своеобразным мостом между зарождающимися представлениями электрохимической кинетики и общекинетическими закономерностями и легла в основу трактовки электродных процессов, проведенной в 1935 г. М. Поляньи и Ю. Го-риути. Более строгий квантовомеханический подход был развит в 60-х годах в работах Н. Хаша, Р. Маркуса, X. Геришера, Р. Р. Дого-надзе, А. М. Кузнецова и др. [c.10]

В 1932 г. А. Н. Фрумкин указал на аналогию между формулой Тафеля и хорошо известным из теории кислотно-основного катализа соотношением Бренстеда. Такая аналогия может быть установлена, если рассматривать электрод как основание, протонирующееся при разряде иона водорода. Эта работа явилась своеобразным мостом между зарождающимися представлениями электрохимической кинетики и общекинетическими закономерностями и легла в основу трактовки электродных процессов, проведенной в 1935 г. М. Поляньи и Ю. Гориути. [c.12]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология