Лекция 9

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1.Общие представления о катализе

2.Технологические характеристики твердых катализаторов

3.Стадийность гетерогенно каталитических процессов

• Катализаторы — это вещества, которые вступают в промежуточное взаимодействие с участниками реакции, изменяют ее механизм и увеличивают скорость реакции.

• Они восстанавливают химический состав после каждого цикла промежуточных взаимодействий.

В присутствии катализатора реакция протекает по энергетически более выгодному пути, в результате чего скорость процесса увеличивается катализатор не изменяет состояние химического равновесия, которое не зависит от пути.

Исходное (/) и конечное (У7) энергетические состояния реак­ционной системы в присутствии катализатора и без него остаются одинаковыми.

Следовательно, катализатор не может изменить со­стояние химического равновесия, которое не зависит от пути

Роль катализатора состоит в изменении скорости состояния равновесия.

Катализатор может увеличивать скорость только тех процессов, которые разрешены термодинамически, но не может инициировать реакции, протекание которых невозмож­но при данных условиях в соответствии с законами химической термодинамики.

Некоторые химические реакции без катализаторов практиче­ски неосуществимы, например, из-за слишком большой энергии активации. Казалось бы, что для преодоления высокого энергети­ческого барьера можно повысить кинетическую энергию молекул, т. е. увеличить температуру. Но для многих обратимых экзотерми­ческих реакций повышение температуры приводит к равновесия в обратную сторону и делает реакцию термодинамически. В таких случаях применение катализатора не только оправдано, но и необходимо. Катализатор снижает энер­гию активации реакции и позволяет тем самым проводить ее при существенно более низких температурах.

Активность катализатора — мера ускоряющего воздействия по отношению к данной реакции.

Количественным критерием активности катализатора для данной реакции служит константа скорости, измеренная для разных катализаторов в сопоставимых условиях.

Применение катализатора приводит к изменению порядка реакции, энергии активации и величины предэкспоненциального множителя.

Если каталитическая реакция имеет такой же порядок, что и некаталитическая, активность катализатора А можно определить, как отношение констант

Чрезвычайно важна роль катализаторов в осуществлении слож­ных реакций, так как катализаторы обладают способностью изби­рательно влиять на скорость только какой-то одной нужной реак­ции. Так, например, сейчас трудно представить процесс крекинга нефтепродуктов (система сложных последовательных и параллель­ных реакций) без селективно действующих цеолитных катализато­ров, позволяющих направить процесс в сторону получения высо­кокачественного бензина.

Каталитические процессы подразделяют на две большие груп­пы: гомогенные и гетерогенные. Наибольшее распространение в промышленности получили гетерогенно-каталипшческие процес­сы. В свою очередь, при протекании подавляющего большинства гетерогенно-каталитических процессов границей раздела фаз слу­жит поверхность твердого катализатора, находящегося в газооб­разной или жидкой реакционной среде. Существенным преиму­ществом таких процессов является простота разделения продуктов реакции и частиц катализатора для повторного использования катализатора.