Катализ физическая сущность

Представления о физической сущности явлений гетерогенного катализа, высказанные Д. И. Менделеевым, используются в современных теориях, Д. И. Менделеев полагал, что молекулы, поглощающиеся поверхностью твер- [c.530]

Теория промежуточных соединений сыграла большую роль в истории развития катализа для объяснения путей протекания многих реакций, но она страдает узостью и ограниченностью. Она бессильна объяснить такие важные явления катализа, как влияние поверхностной структуры, дисперсности, активации и отравления, вообще совершенно игнорирует физическую сущность, без чего, конечно, причины катализа и проблемы генезиса катализаторов не могут быть выяснены. Все перечисленное, а также развитие физических теорий логически способствовало ослаблению интереса к теории промежуточных соединений. Как будет показано ниже, последняя, правильная по существу, после внесения в нее необходимых новых физических представлений о катализе, слилась с физическими теориями. [c.89]

Особенно радикально переработаны квантовая теория, адсорбция и катализ. Квантовой механике я уделил в этом издании значительное место, так как без знакомства с ней невозможно современное изложение некоторых физико-химических вопросов. При этом я ограничился изложением ее физической сущности, избегая по возможности использования сложного математического аппарата, мало доступного неспециалистам. Много места уделил я также современной теории атомного ядра, которая благодаря замечательным открытиям последних лет превратилась в важнейшую область науки. [c.11]

Катализом называется ускорение химических реакций в присутствии определенных веществ (катализаторов), многократно химически взаимодействующих с реагентами, но не входящих в состав продуктов реакции [1]. Каталитический процесс включает в себя три этапа адсорбцию, химические превращения на поверхности и десорбцию. Каждый из этапов состоит из нескольких последовательных или параллельных стадий физического и химического взаимодействия промежуточных соединений на поверхности друг с другом и с компонентами газовой фазы. Суммарная скорость каталитического процесса зависит от скоростей его отдельных стадий. Несмотря на специфичность каталитического действия, сущность катализа едина и состоит в том, что катализатор, входя в состав промежуточных соединений, увеличивает степень компенсации энергии разрыва старых связей энергией, освобождаемой при образовании новых связей. Этим самым обеспечивается снижение энергии активации химической реакции. [c.8]

Положение о тенденции к многоточечной хемосорбции имеет важное значение для теории катализа. В условиях каталитических превращений, когда происходит образование той или иной поверхностной формы как промежуточного комплекса, наличие этой тенденции становится причиной, обусловливающей тот или иной механизм реакции, а вместе с ним и применимость той или иной теории. Ясно, что эта тенденция в свою очередь определяется какими-то еще более существенными причинами, физическая сущность которых связана с электронной структурой катализатора и химическим строением, в том числе и стереохимией реагентов. Наряду с этим указанная тенденция, по-видимому, вытекает из более общей закономерности, присущей природе и заключающейся в минимальном расходовании энергии при переходе через потенциальные барьеры, точнее в выборе путей перехода с минимальными энергетическими барьерами (подробнее см. о сущности катализа, стр. 380). [c.305]

Катализ ионитами, развившийся в самостоятельную область знания в 40-х гг. нашего века [377], занимает пограничное положение между науками о катализе и об ионитах. Интерес к этой области весьма велик, что нашло отражение в потоке публикаций и в широком внедрении нового типа катализаторов в промышленность. Уровень развития катализа ионитами привел и к изменению названия этой области по предложению Полянского [377] вместо бытовавшего ранее термина ионообменный катализ [378, первая ссылка], вполне обоснованно начали пользоваться термином катализ ионитами , что гораздо лучше отражает физическую сущность процесса, поскольку ни на одной стадии катализа обмен ионами не происходит. [c.312]

Молекулярные системы и проще кристаллов (так как содержат меньше атомов) и сложнее (так как их группа симметрии беднее). Это следует иметь в виду, рассматривая применение молекулярных моделей в теории электронной структуры твердых тел введение молекулярной модели необязательно связано с упрощением расчета и должно быть обусловлено физической сущностью рассматриваемой задачи. Применение молекулярных моделей целесообразно прежде всего при исследовании явлений в твердых телах, которые не поддаются описанию в рамках зонной теории. К таким явлениям относятся адсорбция и катализ, связанные с процессами на поверхности кристаллов существенные для практических применений свойства твердых тел, обусловленные наличием примесей или дефектов структуры (локальных центров) и др. [c.86]

Уже в конце 20-х годов советские исследователи приступили к обсуждению физической сущности неоднородности поверхности, выдвигая и обосновывая (иногда посредством расчетов) свои модели активных центров (А. Ф. Иоффе, Я. И. Френкель, П. Д. Данков, Л. В. Писаржевский, С. 3. Рогинский [75]). В дальнейшем наиболее систематически вопрос о характере неоднородности поверхности катализаторов изучался в двух направлениях. Первое из них было основано на применении статистических методов. Это направление почти всецело развивалось только в СССР (школы С. 3. Рогинского и А. Н. Фрумкина) за рубежом оно было представлено лишь единичными разрозненными работами. Второе направление заключалось в выяснении характера активных центров и было в значительной мере связано с развитием наиболее общих теоретических концепций в катализе (школы А. А. Баландина, Г. К. Борескова, И. И. Кобозева, а также исследования Ф. Ф. Волькенштейна, К. В. Топчиевой, А. М. Рубинштейна и сотрудников). [c.89]

Во-первых, мультиплетная теория основывается на весьма строгих требованиях соответствия между определенными, причем наиболее существенными, качествами реагентов, с одной стороны, и катализаторов — с другой. Это обстоятельство придает научную строгость и целостность самой теории, которая близко подходит к определению сущности гетерогенного катализа и его отношению к другим явлениям, в частности к физической и химической адсорбции. [c.312]

Часто применяемым катализатором является губчатая платина. Последняя, будучи прибавленной к смеси водорода и кислорода, катализирует реакцию образования воды. В этом случае мы имеем дело с гетерогенным катализом, и сущность действия губчатой платины заключается, в значительной мере, в концентрировании молекул водорода и кислорода на ее поверхности, что облегчает столкновение их друг с другом. Но как объяснить катализ, при котором химическая реакция протекает в растворе или в газовой среде, т. е. в одной фазе (гомогенный катализ) В данном случае катализатор не концентрирует на своей поверхности молекулы реагирую-П1,их веществ он также не влияет на температуру среды, в которой протекает реакция. В чем же в этом случае заключается действие катализатора Чтобы ответить на этот вопрос, полезно привлечь известные в физической химии данные о кинетике химических реакций. Эти данные говорят, что в химическое взаимодействие вступают молекулы веществ, находящиеся как бы в возбужденном, иначе говоря, в активном состоянии. Энергия, необходимая для возбуждения молекул, носит название энергии активации. [c.166]

Р. Хофман установил физическую сущность формирования энергетических барьеров на пути химических превращений. И. В. Березин предложил кинетическую теорию мицеллярно-го катализа. [c.618]

Надо отметить, что в катализе одинаково важны как физические, так и химические закономерности каталитического действия. Так, без знания химической сущности (то есть химизма ) катализа невозможен научно обоснованный подбор типа и химического состава катализатора. А кинетическое описание каталитической реакции на данном катализаторе невозможно без знания закономерностей физических (точнее, физико-химических) процессов, протекающих на границе раздела фаз, например, адсорбционных (хемосорбционных) процессов. [c.420]

Как видно из физических моделей катализа, сущность ускоряющего действия катализаторов состоит в понижении энергии активации Е химической реакции в результате изменения реакционного пути при участии катализатора или вследствие осуществления реакции по цепному механизму при инициирующем действии катализатора. Однако в некоторых типах каталитических реакций одновременно с понижением Е происходит уменьшение предэкспоненциального члена ко в уравнении Аррениуса [c.23]

Таким образом, проблема создания теоретических основ подбора катализаторов и сущности катализа (особенно гетерогенного) остается одной из актуальных задач теоретической химии. К ее решению должны быть широко привлечены современные физические средства, прежде всего методы изучения структур. [c.494]

Механизм каталитического акта при катализе твердыми телами излагается в курсах физической химии и монографиях по катализу в виде различных теорий. В общем виде сущность гетерогенного катализа сводится к следующим положениям так же, как и при гомогенном катализе, реакция ускоряется в результате открытия нового реакционного пути, требующего меньшей энергии активации. Изменение реакционного пути происходит благодаря промежуточному химическому взаимодействию реагирующих веществ с катализатором. При гетерогенном катализе промежуточные соединения возникают на поверхности катализатора и не образуют отдельных фаз. [c.171]

Столь же существенные изменения произошли и в области теоретического рассмотрения явлений катализа, для исследования которого теперь широко привлекаются термодинамика, квантовая химия, теория твердого тела (теория металлов, теория полупроводников) и ряд других разделов современной физики. Это привело к более глубокому проникновению в сущность элементарных актов и пониманию взаимосвязи стадий катализа, а также в физическую и физико-химическую природу катализаторов. За этот же период многое сделано и в области классификации и систематизации катализаторов и каталитических реакций, по изучению действия промоторов и ядов и т. п. Таким образом, выражаясь фигурально, если мы в период опубликования книг Шваба, Ридила и Тэйлора рассматривали явления катализа под увеличительным стеклом, то сейчас это можем сделать уже под микроскопом объем получаемой информации неизмеримо вырос и выявилось множество новых деталей. Это позволило успешно решить многие вопросы, но вместе с тем внесло также очень много усложнений и предъявило значительно более высокие требования как к эксперименту, так и к теории. [c.6]

Новая постановка вопроса о сущности катализа, выражающаяся в изучении причин химических изменений органического соединения при его соприкосновении с твердым макротелом, или с поверхностью катализатора, являлась наиболее ценной как в сравнении с классической формой теории промежуточных соединений, так и в сравнении с попытками найти причины гетерогенного катализа в физическом состоянии самих катализаторов. Первый повод к такой новой постановке вопроса о сущности катализа содержался в работах Зелинского 1911—1913 гг. [c.85]

Связь же этих вопросов определяется не только одновременным действием двух факторов — химического состава и физического состояния твердого тела — в катализе, а тем единством состава и свойств, которое определяет качество катализатора. В этом состоит сущность комплекса этих двух вопросов. [c.209]

Из определения сущности катализа следуют четкие его границы катализ — это явление химическое, а катализаторы — участники валентного взаимодействия. Физический катализ Рогинского не вмещается в эти рамки. [c.401]

Сейчас нет возможности останавливаться на критике этих теорий отметим только, что каждой из них в большей или меньшей мере свойственно стремление объяснить сущность катализа путем сведения его к последовательности более простых, уже изученных физических и химических явлений. Таким образом, отрицается специфичность явления катализа, вследствие чего указания для поисков катализаторов, даваемые этими теориями, имеют лишь общий, приближенный характер. [c.7]

Развитие физической химии и, в частности, таких ее разделов, как учение о растворах и сплавах, о поверхностных соединениях, учение о катализе, о коллоидах, учение о кинетике химических реакций, необычно расширило круг химических соединений переменного состава, раскрыло всю важность их значения для понимания сущности химической формы движения. [c.237]

Надо отметить, что в катализе одинаково важны как физические, так и химические закономерности каталитического действия. Так, без знания химической сущности (т.е. химизма ) катализа невозможен научно обоснованный подбор типа и химического состава катализатора. [c.633]

Конечное уравнение (40) отражает физическую сущность катализа. Обратимость процесса в ней учитывается значениями х . Доля необратимых реакцийх = Состав реагирующего газа учтен соотношением А + 1. С уменьшением Ь растет х, так как влияние Ь, стоящей в знаменателе, сказывается значительнее, чем Ь, стоящей под знаком логарифма. Для быстро протекающих реакций удельный адсорбционный потенциал незначителен, т. е. Ь мало, а к велико. При малом т вторым слагаемым в знаменателе можно пренебречь и формула (40) значительно упростится. При больших значениях т X близко к Хр Уравнение (40) справедливо для любого давления в системе, так как величины х, х ц. к выражены в относительных единицах. [c.80]

Основные научные исследования относятся к нефтехимии и каталитической химии. Впервые систематизировал опытные данные, полученные русскими и зарубежными учеными по химии и физикохимии нефти. Изучая адсорбцию, высказал (1911—1912) гипотезу о существовании физико-химической силы притяжения, являющейся промежуточной между химической связью и молекулярным притяжением. На основании этой гипотезы объяснил образование коллоидных растворов и суспензий флоридина (отбеливающей земли) и металлов в жидкостях, а также процессы адсорбции и десорбции. Результаты этих исследований легли в основу разработки методов промышленной очистки нефтепродуктов и были использованы им в работах по гетерогенному катализу (1916). Объяснил (1908) физическую сущность процесса перегонки нефти с водяным паром. Доказал (1911— 1912), что полимеризация олефинов идет на природном алюмосиликате. Его исследования поверхностного натяжения на границе нефтепрод5т<т — водный раствор способствовали формированию представлений об образовании и разрущении водно-нефтяных эмульсий. Автор труда Научные основы переработки нефти (1913, 3-е изд. 1940). [22, 23, 123[ [c.159]

Решение конкретных вопросов о происхождении неоднородности и физической сущности активных центров осуществлялось также двумя путями в рамках развития наиболее общих теорий катализа (мультиплетной, цепной, активных ансамблей и т. д.) и в рамках относительной независимости от этих теорий. [c.90]

Полное понимание физ. сущности хим. явлений оказалось возможным только после появления в 1926 квантовой механики, т. к. лишь на ее основе была вскрыта природа ковалентной хим. связи. Чтобы отметить произтиелии е изменение характера теории хим. явлений, А. Эйкеп свое руководство, в первых двух изданиях называвшееся Основы физической химии>, в третьем издании, появившемся в 1930, озаглавил Учебник химической физики . С этого времени термины Ф. X. и хим. фldзикa употребляются наравне, как синонимы. В таком п0г[имании Ф. х. включает следующие в значительной мере самостоят. разделы квантовую химию, термодинамику химическую, кинетику химическую, учение о катализе, коллоидную химию, физико-хими- [c.620]

Надо сказать, что конец чисто физическим и химическим теориям, положенный Лэнгмюром, Тэйлором и другими, и создание физико-химических теорий катализа вовсе не означали прекращения борьбы мнений по вопросу о гегемонии физических и химических идей уже внутри этих новых теорий. Примером этому является все еще встречающийся различный подход к определению сущности катализа у физико-химиков, с одной стороны, и у химиков-синтетиков — с другой. Для многих физи-кс-химиков катализ — это по-прежнему, по-оствальдовски, изменение скорости реакций (ом., наиример, [69]). Когда стало очевидно, что разные катализаторы вызывают у одних и тех же реагентов различные реакции, то для физико-химиков этот вопрос был сформулирован так данный катализатор при известных условиях ускоряет некоторые из различных возможных реакций между одинаковыми исходными газами [26, стр. 98]. Для химиков же катализ — это инициирование реакции и избирательное действие катализаторов. [c.155]

Задачей избирательного катализа в применении к анализу газов является нахождение таких катализаторов, которые были бы способны вести раздельное сжигание отдельных горючих компонентов газовой смеси (водорода, окиси углерода, метана) при различных, далеких друг от друга температурах. Такие активные платиновые и палладиевые катализаторы были изучены в лаборатории физической огнетехники (ЛФО) Центрального Котлотурбинного института [48]. Был предложен, ныне успешно и широко применяемый в лабораториях, метод раздельного сжигания водорода, окиси углерода и метана. Сущность метода сводится к следующему взамен раскаленной петли для сжигания, применяемой в газоанализаторах обычного типа, к прибору присоединяют термоустойчивую катализаторную трубку, наполненную особыми, высокоактивными платиновыми или палладиевыми катализаторами. Катализаторы готовят нанесением тонко-диспергированной платины или палладия на специальную пористую керамическую подкладку. При правильном обращении с ними, катализаторы очень устойчивы и обладают большим сроком службы (свыше года). Катализаторную трубку обогревают двумя подвижными электрическими печами (на 150 и на 450°) концы трубки охлаждаются холодильниками с проточной водой. В отдельных случаях разумнее бывает заменять одну катализаторную трубку двумя прямыми, вертикально расположенными, каждая из которых снабжена своей, независимой электрической печью. Вертикальное расположение обеспечивает лучшее и более равномерное заполнение трубки катализатором. [c.166]

Вопрос о взаимодействии между катализатором и реагирующими веществами теоретически был рассмотрен Д. И. Менделеевым, впервые указавшим, что при каталитических явлениях можно улавливать промежуточную форму взаимодействия . Классифицируя химические процессы, Менделеев разбирает три класса превращений а) поглощение одного вещества другим (в современной терминологии —сорбция) б) взаимное превращение двух веществ — некатали--тическая химическая реакция в) превращение одного вещества в результате воздействия на него другого, остающегося в конце процесса неизменным, — катализ. По Менделееву, сущность гетерогенного (контактного) процесса заключается в следующем. Во-первых, в обязательном соприкосновении реагирующих веществ с катализатором, в результате чего может происходить реакция или распадения, или соединения, или замещения, или тот и другой вид реакций... во-вторых, в том, что при касании > изменяется характер внутриатомных движений в реагирующих молекулах, приводящий к переходу их в состояние, реанционноспособное в определенном направлении. Таким образом, во взглядах Менделеева содержатся идеи, которые легли в дальнейшем в основу двух, долгое время обособленно развивающихся теоретических концепций химической теории, получившей название теории промежуточных соединений, развитие которой х вя-зано с именами Сабатье и Сандерана (основное положение этой теории заключается в определяющей роли промежуточного нестойкого соединения между катализатором и реагирующими веществами) физической теории — различных вариантов адсорбционной теории и так называемой теории деформации, согласно которой при адсорбции происходит разрыхление (в пределе — разрыв) связей в молекулах, приводящее затем к их перераспределению. Эти взгляды получили подтверждения в работах школы Н. Д. Зелинского в области органического катализа, на основании которых в конечном счете были разработаны конкретные модели мультиплетной теории. [c.279]

Важнейшими преимуществами химических методов идентификации интермедиатов по сравнению с электрохимическими методами являются, по-видимому, следующие 1) чрезвычайное разнообразие и селективность приемов, основанных на богатом опыте органической и неорганической химии 2) возможность практического использования этих реакций для электросинтеза многих веществ, получение которых традиционными способами или экономически невыгодно, или неосуществимо вообще 3) способность уловить столь короткоживущие частицы, обнаружить которые пока не удается ни одним из физических и физико-химических методов. Для иллюстрации последнего положения, можно сослаться на работу [166], в которой показана принципиальная возможность охарактеризовать короткоживущие ион-радикалы А с временами жизни Т / примерно 10 —10" сек. Метод основан на использовании гомогенного окислительно-восстановительного катализа электрохимических реакций. Сущность такого катализа, как известно, состоит в переносе первого электрона на молекулу субстрата А не с электрода, а с электрогенерировапного анион-радикала катализатора Р, восстанавливающегося при менее катодных потенциалах, чем субстрат, путем гомогенной реакции [c.88]

Среди современных проблем физической химии одно из первых мест принадлежит выяснению механизма гетерогенного катализа и разработке научных основ подбора катализаторов. В этом плане изучение вопросов различной каталитической активности и селективности окисных контактов в модельных реакциях дегидратации и дегидрирования весьма актуально и требует глубокого всестороннего исследования. Несмотря на разнообразие имеющихся экспериментальных закономерностей и теоретических представлений до сих пор не создано еще сколько-нибудь удовлетворительной теории избирательности. Прежде всего это связано с тем, что в случае каталитических гетерогенных процессов даже самая простая реакция является сложной, состоящей из многих стадий, и требует идентификации промежуточных активных веществ на поверхности, ответственных за развитие реакции в целом. Поэтому для понимания сущности элементарных каталитических процессов важно знать состояние адсорбированных молекул и характер их взаимодействия с поверхностью. Нет также единого мнения по поводу природы центров дегидратации и дегидрирования, участия протонодонорных и электроакцепторных мест. [c.240]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология