Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
УМК ТОТОВ.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
3.44 Mб
Скачать

Срсп №8. Классификация каталитических реакций и катализаторов

По характеру химического взаимодействия катализатора с реагирующими веществами и промежуточных продуктов различают кислотно-основные и окислительно-восстановительные каталитические реакции и соответственно – катализаторы. В кислотно-основных реакциях активные промежуточные частицы – ионы, и катализатор инициирует их образование в результате передачи протонов от катализатора к реагенту или от реагента к катализатору. Катализаторами в этом случае являются кислоты (кислотный катализ) и основания (основной катализ).

В окислительно-восстановительных реакциях активные промежуточные частицы – радикалоподобные нейтральные образования, связанные с активными центрами катализатора гомеополярными связями, и каталитическое воздействие связано с переходом электрона от молекулы катализатора к молекуле реагента и обратно. Эти реакции катализируются металлами и полупроводниками – оксидами, сульфидами и комплексными соединениями. Активными центрами этих катализаторов служат обычно неполностью координированные атомы или катионы переходных металлов, у которых имеется незаполненная d-орбиталь. Эта орбиталь образует координационные связи с молекулами, являющимися донорами пары электронов. С молекулами, имеющими незанятые орбитали, такие активные центры образуют -связь. d-Орбиталь с неспаренным электроном действует как свободная валентность в значительной степени подобно свободному радикалу.

В координационно-комплексном катализе при образовании комплекса реагента с катализатором происходит поляризация или ионозация реагирующей связи за счет поля иона металла – комплексообразователя. Координационно-комплексные катализаторы могут катализировать реакции как кислотно-основного, так и окислительно-восстановительного типа.

Многие промышленные катализаторы бифункциональны, т.к. окислительно-восстановительный катализатор наносят на носитель, являющийся кислотным катализатором.

Каталитические реакции, осуществляемые в нефтеперерабатывающей промышленности, относятся как к окислительно-восстановительным (гидрогенизация и дегидрогенизация), так и к кислотным (каталитический крекинг, алкилирование, полимеризация алкенов).

Широко применяется бифункциональный катализ (изомеризация алканов, риформинг, гидрокрекинг). Катализ основаниями в нефтеперера-батываемой промышленности не применяются.

Энергия активации каталитической реакции

Пусть протекает мономолекулярная реакция А→В

Скорость некаталитической реакции в газовой фазе равна:

Предэкспоненциальный множитель мономолекулярных реакций обычно не бывает меньше 1013 с-1.

При атмосферном давлении:

При проведении этой реакции на твердом катализаторе максимальное значение предэкспоненциального множителя не может превышать удельного числа соударений молекул с поверхностью, имеющего при обычных условиях порядок 105 см-2с-1, максимальная скорость wкат (в см-3мольс-1) при атмосферном давлении не может быть больше:

где S – поверхность катализатора в 1 см3 объема.

Если S = 1 см2см-3, то:

Если даже S = 106 см2см-3, то все-таки

Чтобы каталитическая реакция осуществлялась, энергия активации ее должно быть ниже, чем некаталитической (ЕкатЕтерм). Таким образом, энергия активации каталитической реакции всегда меньше энергии активации той же реакции протекающей без катализатора, т.е. термической; в этом необходимое условие катализа.

Снижение энергии активации в присутствии катализатора объясняется тем, что элементарная реакция становится сложной, причем энергия активации любой стадии каталитической реакции меньше энергии активации некаталитической реакции, или же тем, что сложная реакция в присутствии катализатора протекает по другому пути.

Контрольные вопросы

  1. Классификация каталитических реакторов.

  2. Классификация катализаторов.

Литература

1. Р.З.Магарил. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. 1985.