17.

Ката́лиз— явление изменения скорости химической или биохимической реакции в присутствии веществ (катализаторовилиингибиторов), которые многократно вступают в промежуточные взаимодействия и восстанавливаются после цикла реакций.Термин «катализ» был введён в1835 годушведским учёнымЙёнсом Якобом Берцелиусом.Явление катализа распространено в природе (большинство процессов, происходящих в живых организмах, являются каталитическими) и широко используется в технике (в нефтепереработке и нефтехимии, в производствесерной кислоты,аммиака,азотной кислотыи др.). Большая часть всех промышленных реакций — это каталитические.

Основные принципы катализа

Катализатор изменяет механизм реакции на энергетически более выгодный, то есть снижает энергию активации. Катализатор образует с молекулой одного из реагентов промежуточное соединение, в котором ослаблены химические связи. Это облегчает его реакцию со вторым реагентом. Важно отметить, что катализаторы ускоряют обратимые реакции, как в прямом, так и в обратном направлениях.

Типы катализа

Катализ может быть положительным(когда скорость реакции увеличивается) иотрицательным(когда скорость реакции уменьшается). Для обозначения отрицательного катализа часто используют терминингибирование.

Катализ бывает гомогеннымигетерогенным(контактным). В гомогенном катализе катализатор состоит в той же фазе, что и реактивы реакции, в то время, как гетерогенные катализаторы отличаются фазой.

Химия катализа

Химия катализаизучает вещества, изменяющие скорость химических реакций. Вещества, замедляющие реакции, называютсяингибиторами.Ферменты— это биологические катализаторы. Катализатор не находится в стехиометрических отношениях с продуктами и регенерируется после каждого цикла превращения реагентов в продукты. Несмотря на появление новых способов активации молекул (плазмохимия, радиационное и лазерное воздействия и другие), катализ − основа химических производств (относительная доля каталитических процессов составляет 80-90 %).

Реакция, накормившая человечество (решение проблемы связанного азота) — цикл Габера-Боша. Аммиак получают с катализатором — пористым железом. Протекает при Р = 30 МПаи Т = 420—500 °C

3Н2 + N₂= 2NH₃

Водород для синтеза NH₃получают путем двух последовательных каталитических процессов: конверсии СН4(СН4 + Н2О → СО + 3Н2) на Ni⁻катализаторах и конверсии образующегося оксида углерода (СО + Н2О → СО2 + Н2). Для достижения высоких степеней превращения последнюю реакцию осуществляют в две стадии: высокотемпературная (315-480 °C) — на Fe⁻Cr⁻оксидных катализаторах и низкотемпературная (200-350 °C) — на Cu⁻Zn⁻оксидных катализаторах. Из аммиака получают азотную кислоту и другие соединения азота — от лекарств и удобрений до взрывчатых веществ.

Различают катализы ''гомогенный,гетерогенный,межфазный,мицеллярный,ферментативный.

Энергия активации E каталитических реакций значительно меньше, чем для той же реакций в отсутствие катализатора. Например, для некаталитического разложения NH₃на N₂+ Н2 E ~ 320кДж/моль, для того же разложения в присутствии Pt Е ~ 150кДж/моль. Благодаря снижению E обеспечивается ускорение каталитических реакций по сравнению с некаталитическими.

Адсорбция(лат.ad— на, при;sorbeo— поглощаю) — процесс концентрированиявеществаиз объёмафазна границе их раздела. Адсорбция — частный случайсорбции.

Поглощаемое вещество, ещё находящееся в объёме фазы, называют адсорбтив, поглощённое —адсорбат. В более узком смысле под адсорбцией часто понимают поглощение примеси из газа или жидкости твёрдым веществом —адсорбентом. При этом, как и в общем случае адсорбции, происходит концентрирование примеси на границе раздела адсорбент-жидкость либо адсорбент-газ. Процесс, обратный адсорбции, то есть перенос вещества с поверхности раздела фаз в объём фазы, называетсядесорбция.