Элементы теории катализа
Элементы теории катализаЯвление ускорения скорости химической реакции под действием веществ, непосредственно не участвующих в стехиометрическом уравнении реакции, называется катализом. Эти “сторонние” вещества, влияющие лишь на скорость реакции, называются катализа-торами. Они не смещают химическое равновесие, и с его достижением могут быть выде-лены из реакционной смеси в химически неизменном виде. Их присутствие в равновесной системе сказывается лишь на тех термодинамических признаках системы, которые зави-сят от числа присутствующих в ней компонентов. Напомним, что в наиболее общей форме такое влияние должно учитываться через посредство активностей, связанных уравнением Гиббса-Дюгема, но в этом почти не бывает необходимости.Классификация каталитических процессов разнообразна. Катализ бывает гомогенным и гетерогенным. Гомогенный катализ может протекать в газе и в растворе. Гомогенный катализКатализ - явление разностороннее, и даже сама среда -растворитель может принци-пиально изменить механизм реакции, оказывая решающее влияние на её скорость а, значит, играть роль катализатора. Его основными видами в растворе считают катализ: кислотный, металлокомплексный, ферментный. Внешне наиболее прост для теоретического моделирования кислотный катализ. Намного разноообразнее варианты металлокомплексного катализа. С ферментным катализом связана вся химия живых организмов. Он не имеет равных в части ускорения реакций – ферментно-катализиру-емые процессы могут ускоряться в десятки миллионов раз. Ферменты это биокатализаторы-белки.Основные положения теории гомогенного катализа по Шпитальскому: (изложено по книге Ерёмина – научная школа МГУ):Катализатор - вещество переводящее систему реагентов в реакционноспособное состояние путём образования с реагентами лабильного каталитического комплекса. 2) Образование комплекса - относительно быстрый квазиравновесный процесс.3) Лабильный каталитический комплекс продукт необратимо и относительно медленно изменяется .Общая скорость реакции пропорциональна концентрации промежуточного каталитического комплекса, но не концентрации реагента. Непосредственная пропорциональная связь между скоростью и концентрацией реагента является следствием сложного механизма процесса.В зависимости от значения константы равновесия на стадии образования промежуточного продукта определённая доля катализатора находится в системе в свободном состоянии. В образовании промежуточных продуктов могут одновременно принимать участие многие вещества, так что многие катализаторы, приводящие к одному общему промежуточному продукту, будут действовать как один смешанный катализатор.Помимо катализатора в образовании промежуточных продуктов могут участвовать «сопутствующие вещества (лучше сказать частицы) », главным образом ионы H+ и OH- . (Текст в ред. Ерёмина, стр. 308). «Сопутствующие вещества» помимо участия в образовании промежуточных продуктов могут влиять на степень лабильности промежуточного продукта, и, следовательно, на скорость его разложения даже без участия в процессе его обратимого образования.Один и тот же катализатор может образовать с реагирующим веществом многие промежуточные продукты. При одновременном действии многих катализаторов (пункт 6) как и при образовании многих промежуточных продуктов из одного катализатора (пункт 9) результирующая скорость реакции равна сумме скоростей реакции разложения отдельных промежуточных продуктов.И для большей полноты см. книгу Ерёмина !!!.Общая кинетическая схема гомогенного катализа. (см. книгу Ерёмина)Сравнение маршрутов превращения: (11.1) (11.2)Различают два предельных случая гомогенного катализа, в зависимости от типа образующегося каталитического комплекса. Каталитические комплексы бывают двух типов, а именно: (11.3) Энергетические профили некаталитического (1) и каталитического (2) маршрутов химической реакции совмещены на рисунке. Верхняя кривая отвечает некаталитическому протеканию процесса, нижняя с двумя максимумами соответствует механизму реакции в присутствие катализатора (на самом деле вдоль оси ординат обе кривые раздвинуты на величину энергии катализатора).Кислотный катализ в раствореИмеется большое число различных механизмов кислотно-основного катализа. Некоторые из них приводят к общему катализу, а другие - к специфическому. Исчерпывающе общая классификация этого материала практически невозможна. Речь может идти лишь о каких-то достаточно общих принципах и подходах. (см. К. Лейдлер. Кинетика органических реакций, стр. 272-273). Вначале можно рассмотреть несложный катализ в водном растворе. Реакции этого типа обычно протекают в две стадии. На первой происходит передача протона субстрату S. На второй происходит отделение протона от протонированного субстрата SH+. Присоединяющийся протон может происходить из катиона гидроксония H3O + или других кислых веществ, присутствующих в растворе; эти вещества обозначаются как BH+Во второй стадии протон от SH+ может переходить к молекуле H2O или к любым другим основным веществам, присутствующим в растворе. Природа веществ, передающих протоны субстрату, не играет первоочередной роли в формировании кинетического закона. Однако важное значение имеют вещества, которым SH+ передаёт протон на второй стадии.Передача протона может происходить двояко:молекуле растворителя: SH+ + H2O = S + H3O+ . Такой механизм называется протолитическим. Здесь может иметь место и общий, и специфический катализ в зависимости от разных причин.молекуле растворённого вещества: SH+ + B = S + BH+. Такой механизм называется прототропным.
Другие файлы:
Мультиплетная теория катализа. Часть 1
В книги изложены основные положения мультиплетной теории катализаОглавлениеОсновные положения мультиплетной теорииМультиплетная теория и другие теории...
Виды химического катализа
Общие положения и закономерности катализа. Особенности и значение гомогенного, кислотного и основного катализа. Гомогенно-каталитические реакции, ката...
Гетерогенный катализ. Основные теории. Применение в нефтехимической промышленности
Катализаторы-металлы, смешанные и полифункциональные катализаторы гетерогенного катализа. Требования к катализатору. Теории гетерогенного катализа. Му...
Принципы и применение гомогенного катализа
Книга, написанная известными учеными США и Японии, знакомит с основами гомогенного катализа - области, получившей в послед, нее время интенсивное разв...
Катализ. Вопросы теории и практики
Книга является мемориальным изданием трудов одного из крупнейших ученых в области катализа, Героя Социалистического Труда академика Г. К. Борескова. В...
