Гетерогенный катализ
Гетерогенный катализ.
В гетерогенном катализе катализатор и субстрат находятся в различных агрегатных состояниях. При этом катализ связан с процессами адсорбции. Таким образом гетерогенный катализ в общем случае имеет несколько стадий:
1. диффузия реагирующих веществ к поверхности катализатора;
2. адсорбция исходных веществ на поверхнсоти катализатора (А+В+Кт = АВКт)
3. Образование переходного активированного комплекса с участием катализатора (АВКт = АВКт*).
Вам также может быть полезна лекция "Поведение как свойство индивида".
4. Разрушение активироанного комплекса с образованием продуктов реакции (АВКт* = продукты Кт)
5. Десорбция продуктов реакции с поверхности катализатора и регенерация катализатора (Продукты Кт = Продукты + Кт).
6. Диффузия продуктов реакции от поверхности катализатора.
Катализатор, как правлило, представляет собой сложную комбинацию ингредиентов: носителей, промоторов и каталитически активного вещества. Одна из основных целей этого комбинирования – создание выскокопористой структуры с высокоразвитой активной поверхностью при минимальном содержании активного (и, как правило, дорогого) компонента. Принцип минимизации активного вещества обусловлен исключительной поверхностной активностью катализатора, в результате чего внутрифазовое вещество активного компонента в катализе не участвует, оставаясь балластом. Сложное строение катализатора обуславливает сложные диффузионные процессы. Различают внешнюю и внутреннюю диффузию. Внешняя диффузия – перенос реагирующих веществ из объема газовой/жидкой фазы к поверхности катализатора. Внутренняя диффузия – перенос адсорбированных реагирующих веществ с внешней поверхности зерен катализатора во внутреннюю поврехность пор. Развитые диффузионные процессы обуславливают необходимость создания оптимальных условий работы катализатора: высокая турбулентность потоков (пслевдоожиженный слой), давление.
Третья стадия каталитического процесса (образование активированного адсорбированного комплекса, иначе называемого активированной адсорбцией) часто оказывается лимитирующей. Скорость этой стадии определяется прочностью адсорбционной связи реагирующее вещества – катализатор. Если прочность адсорбиционных связей окажется слишком низкой, активированной адсорбции может не произойти и активная частица не сможет образоваться. Если же прочность адсорбционной связи окажется слишком высокой, дальнейшее превращение активированного адсорбированного комплекса может оказаться затрудненным, т.е. понадобится более высокая энергия активации дальнейшего превращения.
Причинами лимитирующей активированной адсорбции при гетерогенном катализе могут быть необходимость перестройки поверхностной структуры катализатора для реализации превращения. Так, при адсорбции водорода на Pt гексогональная структура грани кристалла Pt перестраивается в квадратную. Часто элементраным процессом активации является перенос электрона от катализатора к сорбированной молекуле, в результате чего образуются ионы или радикалы.
