Энергетическое соответствие

Согласно этой теории, катализ происходит только при структурном и энергетическом соответствии катализируемых молекул данному катализатору. Теорией Баландина было предсказано, что реакции каталитического гидрирования бензола и дегидрирования циклогексана могут идти только на переходных металлах, имеющих гранецентрированную кубическую структуру или гексагональную структуру и притом атомные радиусы строго определенных размеров. При этих условиях шестичленные циклы образуют на октаэдрических гранях кристаллов металла шесть связей М— — С — С, валентный угол которых близок тетраэдрическому углу. Данным условиям удовлетворяют палладий, платина, иридий, родий, осмий и все они являются активными катализаторами гидрирования бензола и дегидрирования циклогексана. В то же время металлы, обладающие объемноцентрированной структурой, например тантал, вольфрам, даже при почти таких же размерах их атомных радиусов, как у платиновых металлов, а также металлы, имеющие такую же кристаллическую структуру, как платина, но иные размеры атомных радиусов, в частности серебро, золото, или не относящиеся к переходным элементам — медь, цинк,—все эти металлы не проявляют каталитической активности в вышеуказанных реакциях. Таким образом, структура поверхностных соединений бензола и циклогексана с платиновыми металлами была описана и доказана. Мало того, было, в сущности, установлено, что в условиях катализа подобные соединения легко и притом в точности воспроизводятся. Иначе катализ был бы невозможен. [c.59]

Принцип энергетического соответствия. Согласно принципу энергетического соответствия Баландина [35] для разрыва связи А—В в молекуле, адсорбированной на поверхности катализатора, требуется меньшая энергия, чем в объеме, потому что части молекулы А и В связываются с атомами катализатора с выделением энергии. Энергетические барьеры при реакции [c.30]

Мультиплетная теория гетерогенного катализа, разработанная (1929) A.A. Баландиным, исходит из принципа структурного соответствия между расположением атомов в поверхности катализатора и в реагирующей молекуле, а также энергетического соответствия связей. Теория рассматривает, таким образом, не просто взаимодействие молекулы в целом с поверхностью катализатора, а взаимодействие отдельных атомов или атомных групп, содержащихся в молекулах реагирующих веществ, с атомами или ионами поверхностного слоя катализатора. [c.497]

Общий механизм каталитического действия координационных комплексов сводится к облегчению электронных переходов в общей системе электронов и ядер внутри комплекса по сравнению с переходами между отдельными молекулами. С этих позиций естественно считать, что стадия образования координационных комплексов может ускорять как реакции окисления—восстановления, так и реакции перераспределения валентных связей (ин-тра- и интермолекулярные), поскольку между различными молекулами, входящими в координационную сферу комплекса в качестве лигандов, взаимодействие облегчается 5, 61. В случае гетерогенного катализа через координационные комплексы можно рассматривать активный центр как металл (его ион) с незаполненной сферой лигандов и применять к нему уже известные общие и частные принципы связи между строением комплексообразующего иона или ненасыщенного комплекса с его каталитической активностью. Существенную роль в определении активности катализатора в координационном катализе играют стабильность первоначально образующегося комплекса в реакциях, протекающих по механизму замещения лигандов. В этом случае, как следует из общей теории катализа и принципа энергетического соответствия Баландина, должна наблюдаться экстремальная зависимость между активностью катализатора и стабильностью комплекса. [c.59]

Рассмотрим приближенный расчет энергии активации образования и распада мультиплетного комплекса по энергиям связей реагирующих молекул на основе принципа энергетического соответствия. Вычислим теплоту образования мультиплетного комплекса [c.442]

Однако мультиплетная теория считает активные центры образованиями кристаллической природы и придерживается принципов структурного и энергетического соответствия между строением молекул реагентов и решеткой катализатора. Теория ансамблей Кобозева полностью отрицает активность кристаллической фазы п кристаллическое строение активных центров, а также критикует жесткое доминирование принципа структурного соответствия в гетерогенном катализе , так как строение ансамблей определяется не структурными, а скорее энергетическими факторами. Н. И. Кобозев считает также, что активные центры (ансамбли) не являются элементами кристаллической решетки катализатора, их можно отделить от кристаллической фазы и создать искусственно на подходящем носителе, что будто бы в десятках случаев уже осуп ествлено. [c.148]

Энергетическое соответствие активных групп реагирующих молекул и групп атомов в активном центре катализатора является- вторым условием каталитического ускорения реакции. [c.63]

Отсюда следует, что по мере удаления от точки оптимума энергия активации реакции будет увеличиваться либо за счет адсорбционной, либо за счет десорбционной стадии. Это приводит к наличию максимума активности по отношению к данной реакции в ряду однотипных катализаторов или в серии однотипных реакций на данном катализаторе. В монографии [31 ] даны примеры принципа применения энергетического соответствия к подбору оптимальных катализаторов и оценке направления реакций. Оказалось, что метод эффективен в отношении дегидратации и дегидрировании спиртов, дегидрирования циклогексановых углеводородов и фурановых соединений и ряда других реакций. [c.159]

Специфику каталитического действия, ослабляющего селективно лишь определенные связи, учитывает мультиплетная теория Баландина [66]. При образовании переходного комплекса реагентов с катализатором появляются новые связи при этом существовавшие в свободной молекуле связи оказыва-. ются ослабленными в разной степени. Принципы геометрического и энергетического соответствия, введенные Баландиным, позволяют выявить структуру переходного комплекса и рассчитать обычными термодинамическими методами энергии связей входящих в него атомов. [c.311]

Для реакции между реагирующими молекулами при участии катализатора необходимо геометрическое и энергетическое соответствие адсорбируемых молекул и активных центров катализатора. [c.63]

Признанная многими мультиплетная теория Баландина (стр. 139)> вводит в представления об активных центрах фактор геометрического и энергетического соответствия между поверхностью и реагентами. Активные центры являются кристаллическими зародышами, скоплениями атомов, ориентированных на твердой поверхности и обладающих избытком свободной энергии. Они воспроизводят узлы кристаллической решетки металла, что облегчает протекание гетерогенных реакций. А. А. Баландин пишет ...каталитически активные центры—это атомная группа с определенной конфигурацией и с определенными энергетическими свойствами. Этот активный центр способен деформироваться под влиянием соседних атомов, природы их, числа и расположения, т. е. своего окружения. Деформированный центр имеет измененную связь с решеткой катализатора, меняется его энергия сублимации и способность притягивать и деформировать посторонние молекулы [21]. [c.111]

Руководствуясь принципом энергетического соответствия, были найдены (табл. 2.9) высоты энергетических барьеров реакции Е, тепловые эффекты реакции и, сумма энергий реагирующих связей 5 и адсорбционные потенциалы катализатора д. [c.48]

По условию энергетического соответствия при гидрировании на никелевом катализаторе в адсорбированной молекуле будут в первую очередь разрываться связи с наименьшей энергией. [c.657]

Если скорость каталитического процесса определяется скоростью адсорбции одного из исходных веществ на поверхности катализатора, то очевидно, что она будет зависеть от степени заполнения поверхности молекулами данного вещества 0. Равновесное значение 0 при данной температуре вычисляют из уравнения изотермы адсорбции, вид которого определяется особенностями поверхности катализатора, геометрическим и энергетическим соответствием активных центров поверхности и реагентов. [c.78]

На примере гетероядерных двухатомных молекул можно проиллюстрировать необходимость в надлежащей орбитальной симметрии для получения максимального перекрывания и взаимодействия, а также сооткошекяе между энергетическим соответствием атомных орбиталей и ионным характером образующейся связи. В качестве метода измерения ионного характера связи можно обсудить дипольные моменты. [c.576]

Полагаем, что энергии активации в стадиях II и III больше, чем в стадиях I и IV. Тогда скорости образования и распада мультиплетного комплекса (промежуточного соединения с катализатором) будут лимитирующими. Поясним сущность принципа энергетического соответствия iia примере протекания реакции (а) на трех катализаторах, для которых энергии активации стадий образования и распада мультиплетного комплекса различны (рис. 109). [c.442]

Равенство тепловых эффектов образования и распада мультиплетного комплекса согласно принципу энергетического соответствия может служить основанием для выбора оптимального, наиболее активного катализатора среди нескольких подобных катализаторов. Подставляя (IX, 88) и (IX, 90) в (IX, 91), находим [c.443]

В катализе сходным образом действует увеличение времени жизни ассоциативных комплексов, образованных с катализатором промежуточными или исходными веществами или продуктами реакции. В уменьшении таких задержек заключается основной смысл оптимальных энергий активации и оптимальных теплот адсорбции в катализе. А. А. Баландин развил эту идею дальше в виде принципа энергетического соответствия мультиплетной теории [82]. Однако в наиболее характерных случаях кибернетического катализа механизм значительно сложнее. В частности, стадии, решающие для осуществления кибернетических функций (сопряжение процессов и регулирование тонкого строения продуктов реакции), сравнительно редко контролируют скорость суммарного процесса, поэтому усиленное внимание стадиям, контролирующим скорость слитного процесса, иногда в сложном катализе бывает мало оправданно. [c.304]

Энергетическое соответствие катализатора определяют экспериментально, поэтому мультиплетная теория не в состоянии однозначно предсказывать катализатор той или иной реакции. Но, несмотря на это, теорию успешно используют для поиска новейших видов твердых катализаторов, так как с ее помощью удается составить модель механизма гетерогенно-каталитического процесса и ориентировочно назвать материал для использования в качестве катализатора. Окончательно правильность выбора уточняют экспериментально. [c.174]

В кинетическом отношении каталитическая реакция будет идти с большей скоростью, если в результате промежуточного химического взаимодействия катализатор будет снижать энергию активации химической реакции (или одновременно повышать пред— экспонент Аррениуса). Это правило согласуется с принципом компенсации энергии разрывающихся связей в катализе. Оно согласуется также с принципом энергетического соответствия мультип — летной теории A.A. Баландина. [c.88]

Фактически идея применения ЛССЭ к гетерогенному катализу была впервые развита Баландиным в 1946 г. в форме его принципа энергетического соответствия в катализе. Рассмотрим трактовку этого принципа с точки зрения ЛССЭ. Б этом случае его можно свести к следующим основным положениям. [c.158]

В чем состоит основной смысл и значение принципа энергетического соответствия в мультиплетной теории гетерогенного катализа Баландина [c.84]

В соответствии с принципом энергетического соответствия мультиплетной теории энергия образования промежуточного комплекса равна [c.112]

В основе мультиплетной теории лежат два принципа геометрического соответствия и энергетического соответствия. Сущность геометрического соответствия заключается в том, что структурное (геометрическое) расположение силовых центров на поверхности катализатора должно отвечать расположению атомов в молекуле. На поверхности катализатора расположение силовых центров подобно матрице. К данной матрице может подойти и взаимодействовать молекула определенного геометрического строения. Силовым центром могут быть дефект решетки, атом, недостроенная грань и т. п. Актив- [c.655]

Иногда геометрического соответствия недостаточно для проявления каталитической активности металла. Например, медь имеет параметры решетки, лежащие в пределах (2,5 — 2,8) х X 10 м (гси= 2,55 10 м), однако этот металл не проявляет высокой активности в реакциях гидрирования и дегидрирования. По мультиплетной теории кроме геометрического соответствия система субстрат — катализатор должна еще отвечать условию энергетического соответствия. Энергии связей атомов в адсорбированном состоянии резко отличаются от энергии связей в газообразном состоянии (табл. 35). [c.656]

Однако при наличии слишком большого числа заместителей между ними начинают появляться энергетически неблагоприятные взаимодействия между несвязанными атомами, что приводит к уменьшению устойчивости многозамещенных углеводородов. В углеводородах ряда циклопентана эти взаимодействия определяются как г ис-вицинальные, что энергетически соответствует двум скошенным бутановым взаимодействиям и составляют величину, равную 1800 кал1моль. В углеводородах ряда циклогексана неблагоприятные взаимодействия могут возникнуть из-за транс-вицинальных (ее) замеш,ений (одно бутановое взаимодействие), из-за неизбежной аксиальной ориентации одного из заместителей в геминальной группе (два бутановых взаимодействия), из-за г ис-вицинального взаимодействия в углеводородах, имеюш,их структуру 1,1,2-триметилциклогексана (четыре бутановых взаимодействия), и из-за 1,3-диаксиальных взаимодействий. [c.120]

Принцип энергетического соответствия Баландина несомненно полезен, но использование его ограничено, поскольку энергетика процесов обычно неизвестна, промежуточнызс комплексов частс образуется несколько и приходится иметь дело с селективностью., стабильностью, а не с активностью как таковой. Однако изучение явлений отравления, закоксовывания, физической блокировки устьев пор и каталитической коррозии может позволить оценить энергию образования промежуточного комплекса и его стабильность, если от суммарного значения энергий образования промежуточного комплек са и хемосорбции реагентов вычесть последнюю или от суммарного значения энергии распада промежуточного комплекса и десорбции отнять энергию десорбции продуктов. [c.85]

Мультиплетная теория получила свое дальнейшее развитие в виде принципа энергетического соответствия, который утверждает, что, кроме геометрического соответствия, должно быть также определенное соответствие между энергиями связи атомов в молекулах реагирующих веществ и в мультиплетиом комплексе, чтобы данное твердое тело могло быть катализатором данной реакции (Баландин). [c.440]

Применение принципа энергетического соответствия А.А.Валандина оказывает большую помощь при подборе технологического режима процесса или синтеза катализатора в случае рассмотрения одновремен но протекающих нескольких сложных реакций с образованием кокса и[ низкой стабильностью работы катализатора. В этих случаях создание условий, благоприятствующих десорбции при постоянной конверсии, или уменьшение активности катализатора могут способствоват . энергетическому соответствию, росту стабильности работы катализатора, имеющей большое значение в промышленности. Примером можег служить каталитический крекинг мазута, в котором за счет повышения температуры в лифт-реакторе до 600 С, сокращения времени контакта сырья с катализатором до 2-3 с и сохранения конверсии [c.85]

Новый подход к предвидению каталитической активности твердых катализаторов основан на использовании соотношения линей-иости Бренстеда — Поляни между энергией активации каталитической реакции и энергией какой-либо связи, участвующей в образовании активного комплекса на поверхности катализатора (Боресков). В отличие от принципа энергетического соответствия в мультиплетной теории, при новом подходе не нужно знать состав мульти- [c.463]

Эти выводы теории А. А. Баландина ( принцип энергетического соответствия ) в общем виде подтверждаются многими примерами, однако применение теории для расчета энергий активации весьма ограничено отсутствием в большинстве случаев данных о прочности связей с катализатором. Во всяком случае слишком слабое (ЕСкх < С АВ + ( св) или слишком сильное (X Ркх > Сав + + Q D) взаимодействие с катализатором ведет к высокому значению энергии активации, и катализ не осуществляется. В нервом случае реагенты активируются катализатором в малой степени, а во втором происходит по существу реатоия с поверхностью катализатора с образованием прочных поверхностных соединений. [c.150]

Проблема нахождения и подбора катализаторов для отдельных процессов является и сейчас наиболее трудной и наименее разработанной. С. 3. Рогинский [1] считает, что ...подбор катализаторов неотделим от представлений о глубоком механизме процессов, который нам недостаточно известен, но несомненно не один и тот же в отдельных случаях . Г. К. Боресков [2] приписывает каталитическую активность вообще всей поверхности кристаллических твердых веществ (без выделения повышенно активных участков поверхности или активных центров, что вряд ли правильно). Критерием активности катализаторов, по Г. К. Борескову, является их удельная каталитическая активность, т. е. активность единицы поверхности,— в случае катализаторов примерно одинакового состава. По А. А. Ба- чандину 13] необходимо учитывать геометрическое и энергетическое соответствие между решеткой катализатора и строением реагирующих молекул. Эти примеры показывают, что ученые еще далеки от понимания существа катализа. [c.29]

На основании принципов структурного и энергетического соответствия мультиплетной теории катализа в реакциях гидрирования карбонилсодержащих соединений, в частности моносахаридов, показана высокая активность катализаторов рутений на угле [38]. и на окиси алюминия [39]. Принцип структурного соответствия (два атома молекулы налагаются на два атома металла-катализатора с учетом сохранения валентного угла) позволял ожидать максимума активности в ряду металлов-катализаторов гидрирования, расположенных по величине их наименьших атомных радиусов. Соответствующий расчет показывает, что из трудно растворимых в кислотах металлов (процесс гидролитического гидрирования, для которого подбирался высокоактивный гидрирующий катализатор, протекает в кислой среде) для гидрирования связи С = 0 ближе всего подходит рутений. Высокая активность рутения в отношении гидрирования связи С = 0 подтверждена и энергетическим соответствием мультиплетной теории. [c.43]

А. А. Баландин впервые в своей мультиплетной теории дал точную картину химических реакций на поверхностях, основанную на геометрических представлениях [39]. Согласно мультиплетной теории, активные центры на поверхности катализатора не рассеяны хаотически, а геометрически упорядочены, отображая кристаллическую решетку катализатора. Теория учитывает структурное и энергетическое соответствие между реагентами и решеткой контакта, позволяющее найти длины и энергии связей молекул с катализатором. [c.139]

Учет структурного и энергетического соответствий, лежащих в основе мультиплетной теории, позволяет близко подойти к важной задаче сознательного подбора катализаторов и прогноза их активности, что является еще одной положительной стороной этой теории. [c.143]

Другой основной принцип мультиплетной теории — энергетическое соответствие, согласно которому для успешного протекания ...эндотермической реакции нужно, чтобы адсорбционный потенциал катализатора по возможности ближе подходил к половине энергии реагирующих связей — среднему из энергий разрываемых и вновь возникающих связей . В оптимальном случае ...энергетический барьер равен половине теплового эффекта катализируемой реакции . Увеличение адсорбционного потенциала улучшает условия образования мультиплетного комплекса, но затрудняет его распад в таком случае может произойти отравление катализатора продуктами реакции. Уменьшение адсорбционного потенциала улучшает условия распада мультиплетного комплекса, но ухудшает условия его образования — катализатор голодает из-за недостаточной адсорбции исходных веществ. Наибольшая активность твердого катализатора достигается при определенной энергии мультиплетного комплекса, соответствующей равенству поверхностных активностей исходных веществ и продуктов реакции по отношению к данному катализатору. [c.174]

Что такое оптимальный катализатор согласно принципу энергетического соответствия в мультиплетной теории гетерогенного катализа Баландина Чему равна энергия активации процесса с применением такого катализатора [c.86]