Катализ, теории химические

Металлические материалы широко применяют в аппарато- и машиностроении, катализе, электротехнике, радио- и электронной промышленности. Действительно, чтобы осуществить любой процесс, например химико-технологический, необходимо располагать соответствующей аппаратурой. Использование представлений макрокинетики, теории химических реакторов, а также методов математического и физического моделирования в принципе позволяет найти оптимальную для данного процесса конструкцию и размеры аппарата. Но тогда возникает вопрос, из каких материалов следует делать эту аппаратуру, чтобы она была способна противостоять разнообразным агрессивным воздействиям, в том числе химическим, механическим, термическим, электрическим, а в ряде случаев также радиационным и биологическим. Выбор конструкционных материалов осложняется, когда перечисленные воздействия сопутствуют друг другу. Кроме того, в последнее время требования к материалам, используемым только в химической технологии, повысились по двум причинам. Во-первых, значительно шире стали применять экстремальные воздействия, такие, как сверхвысокие и сверхнизкие температуры и давления, ударные и взрывные волны, ионизирующие излучения, биологические ферменты. Во-вторых, переход к аппаратам большой единичной мощности по производству основных химических продуктов создает исключительно сложные проблемы в изготовлении, транспортировке, монтаже и эксплуатации подобных установок. Например, на современном химическом предприятии можно видеть контактные печи для производства серной кислоты диаметром 5 м, содержащие до 5000 различных труб, реакторы синтеза аммиака и ректификационные колонны высотой более 60 м. Сочетание механических свойств, таких, как прочность, вязкость, пластичность, упругость и твердость, с технологическими свойствами (возможность использования приемов ковки, сварки, обработки режущими инструментами) делает металлические материалы незаменимыми для построения химических реакторов самой разнообразной формы и размеров. [c.135]

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]

Подробно рассматриваются такие вопросы, как химический состав нефтей и нефтяных фракций очистка нефтяных фракций физическими и химическими методами теория термо-ката-литических процессов нефтепереработки (крекинг, пиролиз, риформинг, гидрирование, алкилирование) теоретические аспекты применения и эксплуатационных свойств нефтепродуктов. При этом большое внимание уделяется термодинамическим и кинетическим закономерностям, механизма реакций, теории катализа, теории сорбционных процессов и процессов экстракции, явлениям детонации, стабильности нефтепродуктов. [c.4]

Окислительно — восстановительные реакции. Из двух перечисленных выше типов реакций в гетерогенном катализе наиболее изучены окислительно — восстановительные. Они широко использовались как модельные реакции при разработке многих частных теорий катализа (промежуточных химических соединений Сабатье и В.Н. Ипатьева, мультиплетной теории A.A. Баландина, активных ансамблей Н.И. Кобозева, неоднородной поверхности Р.З. Рогин — ского, химической концепции катализа Г.К. Борескова и др.) и в особе нности при решении центральной проблемы в гетерогенном ката изе — проблемы предвидения каталитического действия. Успешное ее решение позволит создать научную основу подбора оптимальных катализаторов и разработать единую теорию катализа, обла/,,ающую главным достоинством — способностью предсказывать, а не только удовлетворительно объяснять наблюдаемые от — делььые факты. [c.159]

При гетерогенном катализе скорость химической реакции ускоряется кристаллическим веществом — катализатором, на поверхности которого происходит промежуточное химическое взаимодействие его с реагирующими веществами. Гетерогенный катализ — яркий пример объекта системного научного исследования, объединяющего основные учения химии — термодинамики, кинетики, теории строения вещества и периодичности свойств элементов. [c.235]

Наряду с описанными разрабатываются и другие теории гетерогенного катализа — электронно-химическая теория, теория цепных реакций и др. В работах последних лет механизм действия некоторых полупроводниковых и металлических катализаторов рассматривается в связи с возможными переходами электронов между различными поверхностными электронными энергетическими уровнями, отвечающими различным состояниям катализатора. [c.498]

Химическая кинетика, как и термодинамика, является теоретической базой химической технологии. Поэтому состояние и достижения науки в области кинетики и катализа в значительной степени определяют технический уровень производства в химической промышленности. Для разработки высокоэффективных реакторов и процессов необходимо прежде всего найти кинетические уравнения, описывающие процесс, константы скоростей реакций и зависимость их от различных факторов. Нужны высокоэффективные селективные катализаторы. Решение этих задач осуществляется на базе законов химической кинетики. На современном этапе развития теории химической кинетики центральной является проблема зависимости реакционных свойств химической системы от строения атомов и молекул [c.521]

Электронная теория объясняет зависимость теплового эффекта хемосорбции от величины адсорбции и ряд других закономерностей катализа. Однако без использования основных положений квантовой теории химической связи нельзя объяснить специфику взаимодействия катализатора с конкретной молекулой. Электронная теория катализа описывает состояние катализатора. Квантовая теория химической связи описывает взаимодействие молекул, осуществляющееся через взаимодействие атомов. Рассматривая взаимодействие молекулы субстрата с поверхностью катализатора, завершающееся возникновением химической связи, необходимо определить реакционные центры, т. е. атомы в молекуле и на поверхности катализатора, которые могут взаимодействовать. При определении реакционных центров и качественной оценке энергии взаимодействия между ними можно руководствоваться основными положениями метода возмущенных орбиталей (см. 214), положением о необходимости соответствия взаимодействующих орбиталей. [c.659]

Наиболее полно влияние состояния поверхности на кинетику химических реакций было рассмотрено в гетерогенном химическом катализе. Теория каталитических процессов на неоднородных поверхностях была развита в работах М. И. Темкина и С. В. Рогинского. Изучая причины возникновения неоднородности и изменения энергетического состояния поверхности, необходимо учитывать структуру поверхности и взаимодействие поверхностных частиц с примесями или продуктами реакции. Побочные явления могут привести к образованию поверхностных соединений, вероятность возникновения которых зависит от способности катализатора образовывать с реагирующими веществами химические соединения. [c.523]

В книге главным образом рассматривается химическая абсорбция, которая является основной областью, исследований автора в последнее время. Это не уменьшает общности формулировок, потому что процессы различной природы, как, например, гетерогенный катализ, могут обсуждаться и анализироваться на основе теории химической абсорбции. Однако все особенности также подробно обсуждены. [c.8]

Катализ играет большую роль не только в химии, но и в биологии, так как практически все биохимические превращения, происходящие в живых организмах, являются каталитическими. В роли катализаторов в этом случае выступают ферменты — вещества биологического происхождения. Теория биохимических катализаторов ферментов намного сложнее, чем теория химических катализаторов. [c.134]

Проблема гетерогенно-каталитического акта является проблемой химического взаимодействия между реагирующими молекулами и взаимодействия их с поверхностью твердой фазы. Поэтому вопросы гетерогенного катализа должны решаться на основе квантовой теории химической связи и, в частности, на базе теории молекулярных орбиталей. Одновременно необходимо изучать свойства молекул, находящихся на поверхности твердой фазы. Это требует привлечения современных представлений о строении металлов и полупроводников. [c.660]

Как подчеркивалось в этой главе, создание эффективного про- мышленного катализатора связано с необходимостью компромисса между конфликтующими требованиями. Основные принципы ясны, но их детальное применение требует знаний из теории катализа, теории строения неорганических веществ, коллоидной химии, технологии материалов, реологии и химической технологии. [c.45]

Дальнейшее развитие учения о катализе шло как по пути накопления экспериментальных данных, разработки способов приготовления активных катализаторов, открытия и изучения новых каталитических процессов, внедрения катализа в химическую промышленность, так и по пути развития теории гетерогенного катализа. Однако успехи теоретиков были значительно более скромными, чем успехи экспериментаторов. И это не случайно. Хотя принципиальной разницы между каталитическими и некаталитическими процессами нет, и те и другие подчиняются основным законам химической кинетики, в обоих случаях система реагирующих веществ проходит через некоторое особое, обладающее повышенной энергией активное состояние, в гетерогенных каталитических реакциях наблюдаются специфические особенности. Прежде всего появляется твердое тело, от свойств и состояния которого существенно зависят все явления в целом. Поэтому не случайно, что успехи теории гетерогенного катализа неразрывно связаны с развитием теории твердого тела. Поскольку процесс идет иа поверхности, знание строения поверхности катализатора оказывается решающим для развития теории катализа. Отсюда вытекает тесна я связь развития теории катализа с развитием экспериментального и теоретического изучения адсорбционных явлений. Сложность кетероген-ных процессов, присущие им специфические черты, приводят к тому, что теоретические исследования в этой области не завершилась еще построением теоретических концепций, на базе которых можно было бы обобщить имеющийся фактический ма-териал. Пока можно только говорить о наличии нескольких теорий, в первом приближении обобщающих те или иные экс- периментальные данные. [c.294]

Промежуточные соединения. Как указывалось выше, ряд затруднений при объяснении явлений гетерогенного катализа с точки зрения коллективных свойств электронов твердого тела, а также успехи в идентификации поверхностных адсорбированных соединений привели к возрождению чисто химических концепций в теории катализа, в обш,ем аналогичных первоначальной теории промежуточных соединений. Особое значение приобретают при этом индивидуальные свойства атомов и ионов в твердом теле, т. е. свойства, опредоляемые положением элемента в периодической системе элементов. Соответственно, как и в обш,ей теории химических реакций в.елика роль энергетических параметров самого превраш,ения. [c.30]

Для управления химическими процессами необходимо владеть, с одной стороны, теорией катализа, помогающей предвидеть каталитическое действие и выбрать наилучший химический состав катализатора, а с другой,— теорией химических реакторов, позволяющей определить влияние всех физических факторов на скорость химических превращений, дать методы масштабного переноса результатов лабораторных исследований и определения оптимальных условий. [c.3]

Развитию и последующему обособлению из курса химической технологии дисциплины по теории химических процессов способствовало установление фундаментальных законов и постулатов в химии, теоретические и экспериментальные исследования в области химической термодинамики, кинетики и катализа, использование электронно-вычислительной техники при оптимизации химико-технологических процессов, появление новых химических производств. [c.15]

В настоящей главе рассмотрены некоторые вопросы формальной кинетики гомогенных каталитических и ферментативных реакций. Поскольку кинетике химических и ферментативных реакций посвящено достаточно большое число общедоступных изданий, здесь будут кратко рассмотрены лишь общие вопросы. Большее внимание будет уделено разделам, непосредственно связанным со специфическими проблемами катализа. Теория элементарных актов химических и ферментативных процессов изложена в гл. 6, 8. [c.467]

Окислительно-восстановительные реакции. Из двух перечисленных выше типов реакций в гетерогенном катализе наиболее изучены окислительно-восстановительные. Они широко использовались как модельные реакции при разработке многих частных теорий катализа (промежуточных химических соединений Сабатье и [c.506]

В последние годы на границе между физической и органической химией выкристаллизовывается интереснейшая и увлекательнейшая наука — каталитическая химия. Она тесно связана, с одной стороны, с теорией строения вещества и теорией химических процессов, а с другой стороны, — с практикой. До 80% современной тяжелой химической промышленности и почти вся биохимия являются применением катализа. Получение аммиака, серной и азотной кислот, каталитический крекинг, нефтехимический синтез, получение синтетического каучука и многих других полимеров, синтез целого ряда растворителей, а также полупродуктов красочной, пищевой и фармацевтической промышленности основаны на катализе. В биохимии ферменты являются органическими катализаторами высокого избирательного действия. [c.3]

Применение современных представлений теории химической связи к проблеме адсорбции и катализа [c.109]

На расширенном заседании школы в мае 1973 г. удалось выработать единую точку зрения о том, что законы современной аэрогидродинамики определяют совершенство технологических процессов. При этом, конечно, речь не идет о приуменьшении роли кинетики или катализа, хотя можно наблюдать тенденции к преувеличению их роли. Во многих теориях химических реакторов сложные гидродинамические процессы заменялись такими простейшими моделями, как модель идеального вытеснения или модель идеального смешения и т. п. [c.5]

НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО ТЕОРИИ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ, КИНЕТИКИ, РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ И КАТАЛИЗА [c.1]

Проблема подбора активных и избирательных катализаторов для химических реакций — одна из самых важных и трудных в теории и практике катализа. Теории подбора катализаторов и научного предвидения каталитического действия до сих пор нет, несмотря на многочисленные попытки создания ее на основе тех или иных представлений о сущности и механизме каталитического действия. [c.3]

Химическая кинетика и катализ. Формальная кинетика. Вывод кинетических уравнений и определение основных кшетических характеристик химических реакций. Теории химической кинетики. Лимитирующая ст адия п]10цесса. Зависимость скорости реакции от смнсрату-ры. Энергия активации и стерический фактор. Кш етика цепных реакций. [c.9]

Между существующими феноменологическими теориями катализа и электронной теорией примерно такое же соотношение, как между теорией химической связи прошлого столетия, которая оперировала валентными черточками (и не имела в своих руках ничего, кроме этих черточек), и современной квантовомеханической теорией химической связи, которая наполнила валентные черточки старой химии физическим содержанием и тем самым раскрыла физическую природу химических сил. [c.64]

Нормальной эволюции наших представлений о катализе, теорий каталитических процессов, выводов и обобщений, несмотря на огромное количество исследований по генезису, активности, активации и отравлению катализаторов, сильно мешает отсутствие единого взгляда. Разные авторы подходили и подходят к разрешению сложных вопросов гетерогенного катализа и поведения поверхностей в рамках субъективно выбранных ими условий. В силу этого многие исслецов ния дают разноречивые результаты. Лишь в последнее время вырабатывается единое мнение, что теоретические исследования в области катализа необходимо вести в стандартизованных условиях, учитывая такие параметры, как величина удельной поверхности, удельная каталитическая активность веществ разного состава, являющихся катализаторами, всестороннее изучение свойств поверхностных соединений химическими, физическими, оптическими и другими методами. [c.168]

Пособие составлено соответствии с программой по физической химии для хи-иических специальностей химико-технологнческнх вузов и факультетов. В нем подробно изложены основные разделы курса физической химии квантовомеханические ОСНОБЫ теории химической связи, строения атомов и молекул, спектральные методы исследования молекулярной структуры, феноменологическая и статистическая термодинамика. термодинамика растворов и фазовых равновесий, электрохимии, химическая кинетика, гомогенный и гетерогенный катализ. [c.2]

Химические реакции в живых системах протекают с высокой скоростью, благодаря наличию катализаторов белковой природы — ферментов или энзимов. Ферменты были открыты в процессе изучения механизмов брожения, этим и объясняется происхождение их названия (от лат. fermentum — закваска, enzyme — в дрожжах). Представление о том, что в живых системах химические реакции протекают при помощи каких-то факторов, возникло более 200 лет назад. В начале XIX в. господствовало мнение о наличии жизненных сил , управляющих процессами жизнедеятельности. Более четкие и однозначные химические представления сформировались в связи с развитием теории химического катализа, вьвдвинутой шведским химиком Й. Я. Берцелиусом, который первым отметил высокую производительность биологических катализаторов на примере диастазы. [c.59]

Четвертая концептуальная система содержит учение об открытых высокоорганизованных химических системах, развитие которых приводит к возникновению биологической формы движения. Эта система находится еще в самом начале своего становления и включает в себя учение об эволюционном катализе — теорию саморазвития химических систем, а также теории биоор-ганической и бионеорганической химий. Возможно, развитие этой системы сулит принципиальные преобразования в технологии, обеспечивающие дальнейший прогресс человеческого общества. [c.29]

Причины каталитического действия. Физические и химические теории катализа. Теория промежуточных соединений. Теория активных центров. Взгляды Тэйлора и их критика. Теория деформации молекул Менделеева—Зелинского. Экспериментальные работы школы Н. Д. Зелинского в области каталитических превращений углеводородов (дегидрогенизационный катализ). Мультиплетная теория катализа А. А. Баландина. Основные принципы мультиплетной теории. Пространственные факторы. Энергетические факторы. Расчет энергий связи, атомов реагирующей молекулы с атомами катализатора. Дальнейшее развитие взглядов Менделеева—Зелинского. Классификация каталитических реакций в органической химии. Активность и принципы подбора катализаторов. Химическая теория катализа и ее развитие. [c.218]

Открытие А. Гуотми и Р. Е<аннингемом явлений самосовершенствования катализаторов под влиянием основной реакции было первым указанием не только на необходимость коренного изменения взглядов на сущность катализа, но, главное, на принципиально новый в иауке эмпирический факт саморазвития химической системы. Многолетняя практика органического синтеза давала возможность для получения сколь угодно сложных соединений из самых простых. Но она указывала при. этом лигнь на возможности человека, осуществляющего синтез. История химии не знала ни одного факта, свидетельствующего о том саморазвитии химических реагентов в органическом синтезе, которое постулируется актуалисти-ческими теориями химической эволюции. История каталитической химии предоставила подобные фак7ы саморазвития, но не реагентов, а катализаторов. [c.201]

Исходная и основная предпосылка мультиплетной теории связана с представлением о том, что катализ — явление химическое. Поскольку радиус действия валентно-химических сил очень мал, то с достаточной степенью приближения можно считать, что атомы химически взаимодействуют только при соприкосновении, т. е. при своем сближении на расстоянии длины связи. Поэтому в каталитических реакциях должны участвовать не молекулы целиком, а отдельные входящие в них атомы. В реагирующей молекуле теория позволяет выделить группу атрмов, между которыми при реакции [c.70]

Первая задача заключается в изучении структурной организации и создании теории, устанавливающей логическую и количественную взаимосвязь между аминокислотной последовательностью и пространственной структурой белка, предсказывающей его конформационные и электронные свойства. Цель следующей задачи состоит в изучении физико-химических свойств белка и, основываясь на знании не только геометрии, но и структурной организации белковой молекулы, выявлении принципов ее функционирования, иными словами, разработке теории структурно-функциональной организации белка. Третья задача направлена на создание общей теории рассматриваемой функции (здесь биокатали-тической), учитывающей решения предшествующих задач, особенности ферментативного катализа, физико-химические основы этого явления и возможности современного естествознания. [c.77]

Подытоживая отношения между мультиплетной теорией и теорией промежуточных поверхностных соединений, можно сказать, что обе теории сходны в том отношении, что обе считают, что за катализ ответственны химические силы, под действием которых получаются некоторые промежуточные [c.17]

Общепризнано, что катализ — явление химическое. Из учения о строении вещества известно, что радиус действия валентно-химических сил очень мал. Поэтому атомы реагируют практически при своем соприкосновении. Это служит основным положением мультиплетной теории. Эта теория на основании величин валентных углов, длин и энергии связей позволяет строить модели промежуточного мультиплетного комплекса и рассчитывать энергию его образования и разложения, а исходя из этого, предсказывать легкость протекания конкретных реакций. Длины и энергии связей являются устойчивым комплексом свойств они могут быть определены из опыта и поэтому более доступны, чем трудно осуществимый сложный квантово-механический расчет взаимодействия ядер и электронов, хотя, конечно, последнее, в принципе, и определяет длины и энергии связей. Кроме электронной теории, мультинлетная теория катализа связана и с теорией абсолютных скоростей реакций. Эта последняя теория развивается дедуктивным путем, тогда как мультинлетная — индуктивным, обобщая фактический материал с учетом данных теории строения вещества. Мультинлетная теория устанавливает существование двух принципов — структурного и энергетического соответствия между реагирующими молекулами и катализаторами. [c.5]

Здесь автор освещает вопрос о причинах возникновения неоднородности поверхности односторонне и не очень ясно. Согласно теории С. 3. Рогинского (Изв. АН СССР, ОХН, 14, 1945 Адсорбция и катализ на неоднородных поверхностях , изд. АН СССР, М.—Л., 1948 сб. Гетерогенный катализ в химической промышленности , Госхимиздат, М., 1955, стр. 32), неоднородность поверхности в реальных катализаторах возникает в результате неоднородного распределения микропримесей, в известных концентрациях оказывающих оптимальное промотирующее действие. Частицы (или участки поверхности), содержащие оптимальное количество микропримесей, обеспечивают минимальную энергию активации и оказываются наиболее активными. На кривой распределения числа центров по активности они образуют ко1 -тролирующую полосу , т. е. группу участков поверхности, дающих максимальный вклад в суммарную скорость реакции. На различных стадиях старения или отравления контролирующая полоса последовательно перемешается Б сторону возрастающей энергии активации, т. е. на группы все более многочисленных, но менее активных центров. [c.258]

Нам остается рассмотреть еще цепную теорию катализа, недавно предложенную В. В. Воеводским, Ф. Ф. Волькенштейном и Н. Н. Семеновым [19]. Эта теория интересна и, вероятно, справедлива для определенных случаев, где на поверхности образуются сравнительно устойчивые свободные метиленные радикалы, обнаруженные по их химическому действию Н. Д. Зелинским, Н. И. Шуйкиным [20] и Я. Т. Эйду-сом [21] при расщеплении циклогексана и в синтезах на основе водяного газа. Возможно, что свободные метиленные радикалы образуются и при исследованных нами и Т. А. Словохотовой (см ., например, [22]) реакциях взаимодействия углеводородов с парами воды на никеле. Теория В. В. Воеводского, Ф. Ф. Волькенштейна и Н. Н. Семенова позволяет также объяснить выход цепей в объем. Однако цепная теория катализа в настоящее время еще не настолько разработана, чтобы она могла сделать определенный вклад в теорию подбора катализаторов, почему я следует подождать ее дальнейшего развития. О применении к катализу теории переходного состояния см. [23, 24, 25]. [c.12]

Учитывая роль катализа в химической промышленности и экспериментальной и теоретической химии, совещание отмечает необходимость усиления (Места катализа в программах и учебных планах высших учебных заведений. В связи с этим совещание обращается в Министерство высшего образования с лредложением ввести в программу химикотехнологических и технологических вузов отмененный курс Теория технологических процессов , в нефтяных вузах отмененный курс Теория катализа и заново ввести в программу химических факультетов университетов обязательный для всех специальностей комплексный [c.322]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология