Катализ гетерогенно-гомогенный окислительно-восстановительны

Классификация каталитических реакций. Катализ делят на гомогенный и гетерогенный. Гомогенный катализ можно разделить на кислотно-основной (его вызывают кислоты и основания), окислительно-восстановительный (его вызывают соединения металлов переменной валентности), координационный (катализаторы — комплексные соединения), гомогенный газофазный (катализаторы — химически активные газы, такие, как N62, ВГз и т. д.) и ферментативный. Деление это не строго, так как одна и та же реакция, например гидролиз сложного эфира, может в зависимости от катализатора— кислоты, комплекса или фермента — попасть в ту или иную группу, [c.169]

В общетеоретическую часть включены вопросы строения вещества, энергетики и кинетики химических реакций, растворов, окислительно-восстановительных и электрохимических процессов, а также обзор свойств элементов и их соединений. Рассмотрено строение вещества на атомном, молекулярном и надмолекулярном уровне, а также строение кристаллов. Изложены общие закономерности протекания химических реакций, в том числе основы химической термодинамики и химической кинетики. Большое внимание уделено тепловым эффектам и направленности химических реакций, химическому, фазовому и адсорбционному равновесию. Изложены кинетика гомогенных и гетерогенных реакций, цепных и фотохимических реакций и основы катализа. Освещены дисперсные системы, коллоидные и истинные растворы, большое внимание уделено растворам электролитов. Рассмотрены термодинамика и кинетика окислительно-восстановительных и электрохимических процессов, коррозия и защита металлов. Выполнен обзор свойств химических элементов и их простых соединений, рассмотрены строение и свойства комплексных и органических соединений. [c.3]

Дальнейшее развитие теории катализа тесно связано с исследованием состояния катализатора во время реакции. Принципы структурного и энергетического соответствия, оставаясь решающими, должны относиться к системе катализатор — реагирующее вещество, сложившейся ко времени достижения стационарного состояния катализатора. Степень окисления поверхностных атомов катализатора, природа лигандов и состав промежуточного координационного комплекса определяют направление реакции и лимитирующие стадии. Решающую роль играют методы определения состояния катализатора и всей системы во время реакции. Одним из таких методов является измерение потенциала (или электропроводности) катализатора во время реакции. Легче всего это сделать в проводящих средах как в жидкой, так и в газовой фазе для гетерогенных и гомогенных катализаторов. В окислительно-восстановительных процессах структурным фактором являются не только размеры кристаллов и параметры решеток, но и кислотно-основные характеристики процессов. Всякая поверхность или комплексное соединение представляют собой кислоту или основание по отношению к реагирующему веществу, а это определяет направленность (ориентацию) и энергию взаимодействия вещества с катализатором. Для реакции каталитической гидрогенизации предложена классификация основных механизмов, основанная на степени воздействия реагирующего вещества на поверхность катализатора, заполненную водородом. В зависимости от природы гидрируемого вещества в реакции участвуют различные формы водорода. При этом поверхность во время реакции псевдооднородна, а энергия активации— величина постоянная и зависящая от потенциала поверхности (или раствора). Несмотря на локальный характер взаимодействия, поверхность в реакционном отношении однородна и скорость реакции подчиняется уравнению Лэнгмюра — Хиншельвуда, причем возможно как взаимное вытеснение адсорбирующихся веществ, так и синергизм, т. е. увеличение адсорбции БОДОрОДЗ ПрИ адсорбции непредельного вещества. Таким образом, созданы основы теории каталитической гидрогенизации и возможность оптимизации катализаторов по объективным признакам. Эта теория является продолжением и развитием теории Баландина. [c.144]

Все каталитические реакции, происходящие при гомогенном н гетерогенном катализе, делят по типу взаимодействия катализатора с реагирующими веществами на два основных класса окислительно-восстановительное (гомолитическое) взаимодействие и кислотно-основное (гетеро-литическое) взаимодействие (см. табл. 8). [c.218]

Для разработки научных основ приготовления катализаторов высокой активности прежде всего необходимо выявить природу каталитически активных участков его поверхности. Нам представляется, что в гетерогенном катализе окислительно-восстановительных реакций природа каталитически активных участков может быть однотипной. Современные представления о физике и химии твердого состояния и, в частности, металлов и полупроводников позволяют высказать предположение, что каталитически активными участками являются окислительно-восстановительные микросистемы, например контакт металла с твердым раствором его ионов. Если в твердом растворе имеется достаточная концентрация катионов разной валентности, то катализатор будет иметь соответствующий окислительновосстановительный потенциал. Следует указать, что в этом случае гетерогенный катализ будет осуществляться в основном катионами переменной валентности по той же схеме, как и в гомогенном катализе в жидких растворах. Поэтому в указанном смысле нет принципиального различия между гомогенным и гетерогенным катализом окислительно-восстановительных реакций. Различие будет заключаться в том, что в жидких растворах катионы подвижны (например, Fe и Fe" ) и передача электронов возможна при их сталкивании друг с другом и с реагентами [7], тогда как в твердых растворах катионы пространственно фиксированы и передача электронов возможна не только при непосредственном контакте с реагентами, но и через кристаллическую решетку твердой фазы. [c.101]

Автор книги, ранее принимавший активное участие в разработке так называемой электронной теории катализа, теперь, как он сам пишет, пытается объединить химический и физический аспекты катали- за . Экстраполируя от гомогенного к гетерогенному катализу , он интерпретирует механизм гетерогенного катализа с позиций теории комплексообразования, поскольку работы последних лет показали, что между гетерогенным и гомогенным катализом нельзя провести четкую границу, как это считалось ранее в обоих случаях найдены сходные элементарные механизмы и активные формы. Убедительным примером может служить сопоставление окислительно-восстановительного катализа на переходных металлах и их твердых неорганических соединениях с катализом неорганическими комплексными соединениями переходных металлов в растворах. [c.5]

Окислительно-восстановительные и кислотно-основные реакции можно рассматривать по радикальному механизму, согласно которому образующаяся при хемосорбции прочная связь молекула — рещетка катализатора способствует диссоциации реагирующих молекул на радикалы. При гетерогенном катализе свободные радикалы, мигрируя по поверхности катализатора, образуют нейтральные молекулы продукта, которые десорбируются. В случае гетерогенно-гомогенного катализа образующиеся радикалы переходят в свободный объем, где и продолжается цепная реакция [3, 5, 13]. [c.25]

Яцимирский [3381 вывел кинетические уравнения разных гомогенных каталитических окислительно-восстановительных реакций с помощью ориентированных графов и предложил классификацию вершин графов, соответствующих различным механизмам таких реакций. Эти уравнения могут оказаться полезными и в гетерогенном катализе. [c.192]

Октябрьской социалистической революции , 1947, стр. 582 ЖОХ, 18, 2000 (1948) Гомогенный катализ в окислительно-восстановительных превращениях органических веществ. Проблемы кинетики и катализа. Сборник VI. Гетерогенный катализ, Изд. АН СССР, 1949, стр. 309. [c.310]

Ниже рассматриваются графически в общем виде наиболее часто встречающиеся конкретные типы систем. Их можно разделить на две большие группы 1) случаи, когда многоатомные системы катализатора и реагента соизмеримы между собой (по числу атомов в них) — эти случаи встречаются в гомогенном катализе, и 2) случаи, когда система катализатора гораздо больше системы реагента (гетерогенный и ферментативный катализ). Размеры системы существенны тем, что они определяют величину окислительно-восстановительной емкости чем больше система (по числу атомов или связей), тем больше С (при прочих равных условиях). В случае большой сопряженной системы или кристалла с незаполненной зоной среднее значение С пропорционально числу атомов. [c.85]

При рассмотрении подобных закономерностей надо учитывать также возможные изменения катализатора в условиях реакции. Катализ протекает при высокой температуре, когда многие оксиды нестабильны. К тому же сам процесс высоко экзотермичен. В этих условиях может изменяться пористая структура катализатора, что сильно влияет на выход продуктов из-за гетерогенно-гомогенного протекания основной реакции. Некоторые приемы снятия трудностей, связанных с перегревом проведение процесса в циклическом окислительно-восстановительном режиме, применение мембран, добавок различных газов, изменения давления, послойного ввода кислорода, будут рассмотрены в разделе 7.6. [c.249]

Большое число окислительно-восстановительных реакций органических соединений, нротекающих как в гомогенных, так и гетерогенных условиях на катализаторах, связано с перемещением водорода. Применение дейтерия дало возможность проследить за деталями этого перемещения прямым методом. В Институте физической химии Украинской Академии паук в течение ряда лет ведутся исследования источников и способов перемещения водорода при окислительно-восстановительных процессах в условиях гомогенного катализа [1]. [c.117]

Хомченко Г. П., Севастьянова К. И., Окислительно-восстановительные реакции, 1980. С, И, Дратгн. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ КАТАЛИЗ, облегчает перенос электронов от восстановителя к окислителю. В р-циях с участием 0> или кислородсодержащих соед. облегчается перенос кислорода от окислителя к восстановителю. Механизм О.-в. к. зависит от типа р-ции. В радикально-цепных р-циях катализатор способствует образованию атомов и радикалов в р-рах или газовой 4 зе (см. Гомогенный катализ) или на пов-сти тв. тел (см. Гетерогенный катализ). В гетеролитич. окисл.-восстановит. р-циях перенос электронов может облегчаться вследствие усиления донорных св-в восстановителя под действием оснований или акцепторных св-в окислителя под действием к-т. [c.398]

Первые поиски цепей в гомогенном и гетерогенном катализе начались примерно в одно и то же время. Уже около 1930 г. Бэк-стрём, Габер и Вильштетер [1] и другие на примере распада Н2О2 смогли показать радикально-цепной характер давно известного и загадочного каталитического влияния ионов переходных металлов и их соседей по первой группе периодической системы на окислительно-восстановительные реакции в растворах. [c.483]

В гетерогенном катализе, как и в гомогенном, протекают реакции кислотоосновного типа, связанные с переходами протона, и окислительно-восстановительного, обусловленного электронными переходами. Широко распространен также катализ с участием металлов. Необходимо коснуться еще некоторых явлений, характерных для гетерогенного катализа, таких как утомление, формирование, отравление, модифицирование, а также вопросов получения промотированных и смешанных катализаторов. [c.19]

Рассматриваемые окислительно-восстановительные превращения могут происходить, однако, не только в условиях гомогенного и полугомогенного (квазигомогенного) катализа, но также в условиях гетерогенного катализа при высоких температурах. Следует отметить некоторый параллелизм в ходе реакций при повышении температуры в условиях гетерогенного катализа и [c.243]

Катализ может быть положительным и отрицательным. В по- давляющем числе случаев катализаторы используют для ускорения химических процессов. Отрицательный катализ, т. е. замедление реакции применяется только в тех случаях, когда иным путем не удается отрегулировать быстро развивающиеся цепные процессы. Различают также гомогенный и гетерогенный катализ. При гомогенном катализе катализатор и реагирующие вещества образуют однородную систему, например газовые смеси или жидкие растворы. При гетерогенном — катализатор чаще всего находится в твердой фазе, а реагирующие вещества в газообразном или парообразном состоянии, т. е. в другой фазе. Возможны случаи, когда реагенты и катализатор — жидкости, но не смешивающиеся между собой. В нефтеперерабатывающей и в нефтехимической промышленности главным образом осуществляются гетерогенные каталитические процессы. В последнее время для удобства рассмотрения механизма катализа принято все каталитические реакции делить на кислотно-основные и окислительно-восстановительные. [c.195]

Ферментативный катализ обусловлен специфическим связыванием одной или нескольких молекул субстрата на каталитическом центре фермента и химическим взаимодействием с этим центром, которое может непосред-ственно использовать силы связывания для понижения свободной энергии активации катализируемой реакции. Цель настоящего труда — рассмотрение с единых позиций некоторых фактов и принципов, касающихся реакций и взаимодействий в водных растворах и необходимых для понимания механизмов катализа в этом необычном растворителе. Обсуждение будет ограничено главным образом гомогенными ионными реакциями, почти не будет затрагиваться гетерогенный катализ и окислительно-восстановительные реакции. Несмотря на то что в качестве примеров приведены некоторые конкретные ферментативные реакции, главный упор сделан на основные принципы взаимодействия, а не иа частные свойства данного фермента по той я е причине, по которой многие исследователи полагают, что постижение причин заболевания раком скорее всего будет достигнуто в результате исследования механизмов репликации и дифференциации, а не путем изучения самой раковой ткани. Эти принципы сами по себе также интересны для студентов и исследователей, занимающихся механизмадхи и катализом неферментативных реакций в водном растворе. Но весь материал данной монографии имеет в настоящее время прямое отношение к ферментативному катализу. Однако он является частью остова и языка знаний, которые возникли за последние годы в результате накопления новых сведений и развития новых взглядов на механизмы химических реакций и которые, хотя бы частично, должны стать основой для понимания ферментативного катализа в будущем. Перефразируя слова Хиндемита, приведенные в конце его книги Традиционная гармония [1], можно сказать, что усвоение материала данной книги ничего еще не говорит о творческой способности читателя, 1м, с другой стороны, даже одаренный энзимолог, который не владеет этим материалом, вряд ли может считаться законченным специалистом. [c.7]

В окислительно-восстановительных реакциях происходят электронные переходы между катализатором и реагирующими веществами. Катализаторами этих реакций являются металлы и полупроводники — твердые вещества, обладающие свободными или легковозбудимьши электронами. При трактовке взаимодействия реагирующих веществ с катализатором окислительно-восстановительного типа принимают во внимание либо, так же как и для гетеролитических реакций, только локальные свойства контакта — электронную стуктуру атомов или ионов на поверхности, либо учитывают (на основе зонной теории) только общие уровни энергии электронов всего твердого катализатора. В последнем случае каталитическую активность твердого катализатора связывают с полупроводниковыми свойствами — работой выхода электронов, электропроводностью, типом проводимости, шириной запрещенной зоны считают, что химические особенности катализатора определяются в основном положением уровня Ферми. Однако предсказания электронной теории не всегда оправдываются. Это наблюдается, например, при исследовании сплавов металлов VHI и IB групп, а также таких полупроводниковых катализаторов, как закись никеля с добавками лития, двуокись титана с добавками вольфрама, твердые растворы MgO — NiO. Наиболее вероятная причина наблюдаемого явления состоит в том, что энергия взаимодействия адсорбированной частицы с катализатором определяется не только смещением уровня Ферми, но и изменением энергии локального взаимодействия. Поэтому многие исследователи приходят к выводу о том, что, хотя в ряде случаев коллективные электронные свойства полупроводников играют большую роль, часто окис-лительно-восстановительный катализ происходит в результате локального взаимодействия реагирующих молекул с поверхностными атомами или ионами. Важные доводы в пользу решающей роли локальных свойств твердого вещества в его каталитической активности получены при сопоставлении процессов гомогенного и гетерогенного катализа. [c.12]

Работы последних десятилетий показали, что граница между гетерогенным и гомогенным катализом, казавшаяся долгое время принципиальной и непроходимой, в действительности расплывчата и часто условна. Это справедливо даже для газовых реакций благодаря существованию гомогенно-гетерогенных процессов и особенно характерно для каталитических реакций в жидкой фазе. В гомогенном и гетерогенном катализе встречаются сходные элементарные механизмы, сходные активные формы и сходные закономерности подбора. Особенно поучительно в этом отношении выявившееся в последнее время далеко идущее сходство между окислительно-восстановительным катализом переходными металлами и их твердыми неорганическими соединениями, с одной стороны, и катализом комплексными растворенными соединениями, с другой. Еще раньше такие корреляции были установлены между гомогенным и гетерогенным кислотным катализом. В обоих случаях причиной сходства является близость природы химических связей катализатора с реагентами, нашедшая квантовохимическое объяснение в сходстве кристаллического поля с полем лигандов и в образовании на поверхности л-комплексов, карбониевых и карба-ниевых комплексов и других неклассических образований. Далеко идущее сближение наблюдается и благодаря открытию роли нейтральных и заряженных радикальных активных центров и промежуточных форм в гетерогенном катализе. Конечно, своя специфика у гетерогенного и гомогенного катализа имеется, ее надо учитывать и использовать, но значение этой специфики явно переоценивалось. Исходя из этого, мы уделили в сборнике определенное место гомогенному катализу (статьи И. И. Моисеева, [c.5]

Согласно классификации С. 3. Рогинского [1], большинство каталитических реакций моямю ))азделить на два типа — окислительно-восстановительные (электронные) и кислотно-основные (ионные). Второй из этих классов ускоряется твердыми телами, обладаюш,ими кислотными или основными свойствами. Детальное изучение кислотно-основного гетерогенного катализа позволило выявить ряд общих закономерностей, свойственных гомогенным и гетерогенным реакциям. [c.85]

Согласно схеме рис. 1, с точки зрения кинетики превращение замещенного 2-нитро-2 -гидроксиазобензола происходит по двум параллельным направлениям, сопряженным через промежуточные продукты, образующиеся при присоединении первой молекулы водорода к молекуле гидрируемого соединения. Основным промежуточным продуктом, определяющим селективность реакции по замещенным 2Н-бепзотриазолам, является соответствующий К-оксид. Триазольный цикл возникает в результате перегруппировки замещенного 2-нитрозо-2 -гидрокси-азобензола в поверхностном слое катализатора [23] или вследствие гомогенных превращений образующегося 2-питро-2 -гидроксигидразобензола [25, 26] и не может быть в дальнейшем полностью разрушен каталитически. Одновременное наличие в схеме химических превращений как гетерогенных, так и гомогенных стадий является главной особенностью данной реакции. По мнению С. Л. Кинермана, одновременное наличие гетерогенных и гомогенных стадий в схеме химических превращений характерно только для окислительного, а не для восстановительного катализа [5]. До настоящего времени подобные схемы не были описаны в литературе, поэтому закономерности гомогенных превращений промежуточных продуктов в ходе реакций гидрогенизации замещенных 2-нитро-2 -гидроксиазобензолов требуют отдельного обсуждения. [c.366]