Гетерогенный катализ. Роль адсорбции и диффузии. Мультиплетная теория Баландина
Практическое значение процессов, происходящих на границе раздела двух фаз. Первичная стадия элементарного каталитического акта. Изучения процесса самопроизвольного изменения концентрации вещества. Силы межмолекулярного взаимодействия между молекулами.
| Рубрика | Химия |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2013 |
| Размер файла | 14,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1
Размещено на http://www.allbest.ru/
Гетерогенный катализ. Роль адсорбции и диффузии. Мультиплетная теория Баландина
Многие реакции катализируются процессами, происходящими на границе раздела двух фаз, например газ - твердое тело или газ - поверхность жидкости.
Если катализаторы и реагенты находятся в разных фазах и имеют границу раздела, то катализ называется гетерогенным. Наибольшее практическое значение получили процессы, протекающие на границе раздела фаз твердое тело-газ и твердое тело-жидкость.
Ленгмюр предложил следующие стадии таких реакций:
движение молекул газа к поверхности путем конвекции или диффузии;
адсорбция молекул реагентов на поверхности. Во многих случаях вначале молекулы адсорбируются физически, после чего происходит хемосорбция (адсорбция с образованием прочной химической связи);
элементарная реакция между адсорбированными молекулами или между адсорбированными и находящимися в газовой фазе молекулами;
десорбция молекул продукта с поверхности;
удаление молекул газа из приповерхностной области путем конвекции или диффузии.
Каталитический, как и любой гетерогенный процесс, включает стадию диффузии реагентов в зону реакции. Гетерогенные катализаторы применяются лишь для процессов, которые не лимитируются стадией переноса реагентов или продуктов реакции.
Первичной стадией элементарного каталитического акта в гетерогенном катализе является адсорбция реагирующих молекул из газовой фазы или из раствора на поверхности катализатора. Адсорбцией называется процесс самопроизвольного изменения концентрации вещества на границе раздела фаз. Различают 2 вида адсорбции: физическую адсорбцию и хемосорбцию (химическую адсорбцию). Физическая адсорбция обусловливается силами межмолекулярного взаимодействия между молекулами (атомами) тв. фазы на поверхности и молекулами газовой фазы. В результате физ. адсорбции субстрата на поверхности катализатора образуются поверхностные слои с высокой концентрацией реагирующих молекул. Физ. адсорбция может отразиться на скорости химического процесса за счет увеличения концентрации реагирующих веществ. При хемосорбции адсорбция завершается актом химического взаимодействия адсорбируемой молекулы с поверхностью твердой фазы. Хемосорбция определяет особенность гетерогенно-каталитических процессов и является избирательным процессом. В результате хемосорбции молекулы переходят в активированное возбужденное состояние. Скорость и направление гетерогенно-каталитического процесса в значительной мере определяется селективностью хемосорбционного процесса.
Гетерогенно-каталитические процессы широко применяются в промышленности при производстве важнейших химических веществ.
Суммарная скорость химического превращения на гетерогенном катализаторе зависит от площади его поверхности, поэтому обычно применяются катализаторы с развитой поверхностью или катализаторы, нанесенные на подложки с большой площадью (пористые угли, силикаты, порошки металлов и др.). Важной характеристикой катализатора является его удельная поверхность Sуд, которая есть площадь поверхности раздела фаз, отнесенная к 1 грамму или 1 см3. Каталитическую активность гетерогенного катализатора характеризуют константой скорости реакции, отнесенной к 1 м2 поверхности раздела фаз реагентов и катализатора. Промышленные катализаторы применяют в форме цилиндров или гранул диаметром несколько мм. Гранулы катализатора должны обладать высокой механической прочностью, большой пористостью и высокими значениями удельной поверхности.
Механизм каталитических гетерогенных реакций очень сложен и зависит от природы реакции. Все каталитические гетерогенные реакции включают в себя стадии адсорбции и десорбции. За счет энергии адсорбционного взаимодействия с поверхностными атомами катализатора ослабляются, а иногда и разрываются, химические связи реагирующих частиц.
Теория гетерогенного катализа Баландина получила название мультиплетной теории катализа. Исходное положение мультиплетной теории заключается в том, что адсорбция реагирующей молекулы на катализаторе обусловливается одновременным взаимодействием молекулы с поверхностью адсорбента по нескольким силовым центрам. Такого типа адсорбцию Баландин назвал мультиплетной адсорбцией. Многоцентровая адсорбция может приводить к деформации молекулы, к ослаблению предельных связей в молекуле, к повышению ее реакционной способности.
В основе мультиплетной теории лежат два принципа: геометрического соответствия и энергетического соответствия. Сущность геометрического соответствия заключается в том, что геометрическое расположение силовых линий центров на поверхности катализатора должно отвечать расположению атомов в молекуле. Активным центром в мультиплетной теории является совокупность силовых центров на поверхности катализатора - мультиплет. Баландин показал, что реакции гидрирования и дегидрирования шестичленных циклических углеводородов (типа С6Н6 и С6Н12) каталитически ускоряются металлами, имеющими гексагональную и гранецентрированную решетки с межатомными расстояниями 2,52,81010 м. Кроме того, должно быть оптимальное соотношение между энергиями химических связей реагентов и продуктов реакции и энергией адсорбции. Баландин считал, что по энергиям разрывающихся и вновь образующихся связей в газообразном и в адсорбированном состояниях можно делать выводы об оптимальном составе катализатора.
Подбор катализаторов для тех или иных реакций - дело очень сложное, так как необходимы активные, стабильные, а иногда селективные катализаторы.
К наиболее распространенным промышленным катализаторам относятся Pt, Pd, Rh, Fe, Ni, CuO, RuO2, V2O5, NiO, ZnO, SiO2, Cr2O3, Al2O3, AlCl3, Ag2O, алюмосиликаты. Их используют при получении, аммиака, азотной и серной кислот, метанола, водорода, хлора, этилена и других продуктов химической промышленности, при крекинге углеводородов, получении маргарина.
Важнейшей стадией в получении маргарина является каталитическое гидрирование жидкого жира - триолеата:
каталитический молекула реакция
СН2 ОСОС17Н33 СН2 ОСОС17Н35
СН ОСОС17Н33 + 3Н2Ni СН ОСОС17Н35
СН2 ОСОС17Н33 СН ОСОС17Н35
Триолеат (жидкий) Тристеарат (твердый) (основной компонент маргарина)
Реакция протекает в порах мелкокристаллического никеля (никель Ренэя). Если взять 1 г такого никеля и содержащиеся в нем поры выставить в одну линию, то получится расстояние 60000000 км. Вот на таких поверхностях протекают гетерогенные каталитические реакции.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение процесса самопроизвольного изменения концентрации вещества на границе раздела фаз. Рассмотрение основных теорий адсорбции. Ознакомление с характеристиками обратного процесса - десорбции. Избирательная адсорбция ионов из раствора электролита.
презентация [5,1 M], добавлен 10.11.2015Гетерогенные и гомогенные системы. Равновесие, устанавливающееся на границе раздела фаз. Межмолекулярные взаимодействия между растворителем и веществом с образованием сольватов. Концентрация насыщенного раствора. Природы вещества и растворителя.
презентация [1,4 M], добавлен 25.03.2014Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса и его применение. Теория активных столкновений реагирующих молекул. Основы теории переходного состояния. Кинетика гетерогенных реакций. Особенности гетерогенных процессов. Гомогенный и гетерогенный катализ.
лекция [182,9 K], добавлен 28.02.2009Катализаторы-металлы, смешанные и полифункциональные катализаторы гетерогенного катализа. Требования к катализатору. Теории гетерогенного катализа. Мультиплексная и электронная теории. Теория активных ансамблей. Катализ в переработке природного газа.
курсовая работа [637,0 K], добавлен 06.05.2014Видные деятели химии о катализе. Немного о промышленном катализе. Роль катализа в экологии. Энергетический барьер. Прохождение через энергетический барьер. Гомогенный катализ. Гетерогенный катализ. Катализ в биохимии.
курсовая работа [35,3 K], добавлен 26.01.2005Адсорбция на границе раздела "твердое тело - газ" и "газ - жидкость". Классификация пористых тел по Дубинину. Капиллярно-конденсационный гистерезис. Теория объемного заполнения. Закон Генри и теория Лангмюра. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ.
реферат [94,4 K], добавлен 22.01.2009Координационная связь (связь металл-лиганд). Октаэдрический комплекс. Идея "оптимального" взаимодействия между реагентами и катализатором. Гетерогенный катализ. Интермедиат в каталитическом процессе. Комплексы, их классификация, понятия и определения.
реферат [1,2 M], добавлен 26.01.2009Скорость химической реакции. Классификация каталитических процессов. Гомогенный катализ. Кислотный катализ в растворе. Энергетические профили некаталитического и каталитического маршрутов химической реакции. Активированный комплекс типа Аррениуса.
реферат [151,6 K], добавлен 30.01.2009Основы формальной кинетики. Понятия и определения. Гипотеза и определения (по Вант-Гоффу). Химический элементарный акт в теориях активации. Активационное уравнение Аррениуса. Молекулярные модели химического элементарного акта. Теория Активных Соударений.
реферат [143,5 K], добавлен 29.01.2009Гетерогенный катализ, закономерности. Свойства пористых катализаторов. Взаимодействие катализатора и реакционной среды. Кинетическое и математическое моделирование гетерогенных процессов. Некаталитические гетерогенные процессы в системе газтвердое тело.
учебное пособие [436,5 K], добавлен 06.11.2012Диффузионный и смешанный механизм адсорбции. Роль электростатических взаимодействий в процессе адсорбции ионогенных ПАВ на межфазной границе раздела жидкость–газ. Исследование динамического поверхностного натяжения водных растворов алкилсульфатов натрия.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 10.02.2012Парные потенциалы взаимодействия между молекулами в вакууме. Разделение межмолекулярных взаимодействий по типам. Электростатические, индукционные, дисперсионные взаимодействия. Вода как диэлектрик. Теоретические модели и параметры. Теория Дебая-Хюккеля.
контрольная работа [829,0 K], добавлен 06.09.2009Понятие и единицы измерения адсорбции. Зависимость величины адсорбции от концентрации, давления и температуры. Изотерма, изобара, изопикна, изостера адсорбции. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Уравнения адсорбционного равновесия.
реферат [78,3 K], добавлен 22.01.2009Зависимость химической реакции от концентрации реагирующих веществ при постоянной температуре. Скорость химических реакций в гетерогенных системах. Влияние концентрации исходных веществ и продуктов реакции на химическое равновесие в гомогенной системе.
контрольная работа [43,3 K], добавлен 04.04.2009Метод капиллярного электрофореза: история появления, основной принцип. Двойной электрический слой. Схема процессов, происходящих на поверхности кварца. Формирование двойного электрического слоя и ход потенциала на границе раздела кварц-электролит.
реферат [217,2 K], добавлен 08.01.2012Понятия катализа, катализатора и каталитического процесса, их различные определения. Механизмы ускорения реакций катализаторами. Химический (небиологический) катализ. Синтез диэтилового эфира из спирта при участии серной кислоты. Теории катализа.
реферат [314,9 K], добавлен 26.01.2009Основные понятия процесса адсорбции, особенности ее физического и химического видов. Характеристика промышленных адсорбентов и их свойства. Наиболее распространенные теоретические уравнения изотерм адсорбции. Оборудование, реализующее процесс адсорбции.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 05.10.2011Смещение химического равновесия как процесс, возникающий в равновесной системе в результате воздействия. Межмолекулярные взаимодействия между растворителем и веществом с образованием сольватов. Молярная концентрация вещества в насыщенном растворе.
презентация [1,5 M], добавлен 19.03.2014Понятие осмоса - самопроизвольного перехода вещества через полупроницаемую мембрану, отделяющую раствор от чистого растворителя или от раствора меньшей концентрации. Осмометры давления пара. Сущность процесса обратного осмоса как способ очистки воды.
реферат [377,8 K], добавлен 15.10.2014Проблема строения вещества. Обобщение процессов, происходящих в химических системах. Понятие растворения и растворимости. Способы выражения концентрации растворов. Электролитическая диссоциация. Устойчивость коллоидных систем. Гальванические элементы.
курс лекций [3,1 M], добавлен 06.12.2010
