Федеральнеагентство з освіти Російської Федерації
Казанськийдержавний технологічний університет
Кафедра ТООНС
РЕФЕРАТ
по курсу:каталіз в органічній технології на тему:
Методивизначення активності каталізаторів.
Казань 2007м.
ВИНИКНЕННЯ І РОЗВИТОККаталіз
Каталізатори відіграютьвинятково важливу роль у живій природі. Г.К. Боресков відзначає, що майжевсі реакції в живих організмах самі по собі відбуваються повільно і тількизавдяки участі біологічних каталізаторів протікають з достатньою дляорганізмів швидкістю. До складу багатьох каталізаторів, стимулюючих природніпроцеси, входять метали. Найбільш важливими біологічними каталізаторами дляживих організмів є ферменти (ензими), які з давніх часівнесвідомо використовуються людьми при приготуванні вина і освіті оцтуіз спиртових рідин. [1]
Людство можебагато чому повчитися у живої природи в області каталізу. Так, наприклад, піддією каталізаторів живої природи, азот повітря вступає в реакцію приатмосферному тиску і звичайній температурі, а нині застосовуються в промисловостікаталізатори проявляють достатню активність лише при тиску в кілька сотатмосфер і температурах понад 400 В° С. У той же час людям, котрі створюють новікаталізатори, навряд чи доцільно повністю моделювати природні умови,оскільки вони мають можливість застосовувати більш високі концентрації реагентів,температури і тиску, ніж у звичайних природних умовах. [1]
Каталіз (від грец.katбlysis - руйнування), зміна швидкості хімічних реакцій у присутностіречовин (каталізаторів), вступаючих в проміжне хімічна взаємодія зреагують речовинами, але відновлюють після кожного циклу проміжнихвзаємодій свій хімічний склад. Реакції за участю каталізаторівназиваються каталітичними. Кількість реагує речовини, яке можевипробувати перетворення у присутності певної кількості каталізатора, необмежується якими-небудь стехиометрическими співвідношеннями і може бути дужевеликим. Цим каталітичні реакції відрізняються від індукованих, абосполучених реакцій, коли одна реакція викликається або прискорюється(Індукується) іншій і відбувається необоротне перетворення речовини-індуктора.Можливі зміни каталізатора при каталітичних реакціях єрезультатом побічних процесів, ні в якій мірі не обумовлюютькаталітичну дію. [1]
Вплив каталізаторавідкриває новий реакційний шлях, звичайно з великим числом стадій, на якомукаталізатор входить до складу активного комплексу (активованого комплексу) поПринаймні одній зі стадій. Якщо при цьому швидкість реакції стає більше,ніж у відсутність каталізатора, то К. називається позитивним (його нерідкоототожнюють із загальним поняттям К.). Можливий і зворотний випадок, коливідбувається негативний К.: у присутності каталізатора виключається один зможливих шляхів реакції і залишаються лише повільніші, внаслідок чогореакція сповільнюється або навіть практично повністю пригнічується (див.Антиокислювачі, Інгібітори хімічні). Особливий випадок К. - прискорення реакціїпри впливі продукту реакції або одного з проміжних речовин,утворюються при реакції (див. Автокаталіз). [1]
К. не пов'язаний зі зміноювільної енергії каталізатора, і дія каталізатора не може томузміщувати положення рівноваги хімічної реакції. Поблизу стану рівновагикаталізатори в рівній мірі прискорюють як пряму, так і зворотну реакцію. [1]
Основним чинником,визначальним швидкість хімічного перетворення, є енергія активації (Е) -різниця енергій активного комплексу і вихідних реагуючих молекул. Якщоприпустити, що реакція не порушує рівноважного розподілу енергії міжмолекулами, то імовірність утворення активного комплексу, а отже, ішвидкість реакції в першому наближенні пропорційна exp (-E/RT), де R -газова постійна, Т - абсолютна температура. Звідси випливає, що швидкістьреакції тим більше, чим менше Е, і унаслідок експоненціальної залежностізростає значно навіть при невеликому зниженні Є. На рис. представленозміна енергії при реакції без каталізатора (крива 1) та за участюкаталізатора (криві 2 і 3). Крива 2 з двома максимумами відповідаєутворенню одного проміжного продукту. Число стадій і проміжнихпродуктів часто буває значно більшим. Взаємодія реагуючих речовинз каталізатором може і не призводити до утворення стабільної формипроміжного з'єднання (крива 3). Але і в цьому випадку каталізатор входить досклад активного комплексу і взаємодія реагуючих речовин з каталізаторомвизначає реакційний шлях. Якщо енергії активних комплексів всіх стадійреакційного шляху за участю каталізатора нижче енергії активного комплексуреакції без каталізатора (тобто, і E3 нижче E1), то участь каталізаторапризведе до збільшення швидкості (позитивний К.). У багатьох випадках К. прискоренняреакції досягається завдяки появі багатих енергією часток в процесісамої реакції, причому їх концентрація може перевершувати рівноважну (див.Ланцюгові реакції). Наприклад, каталітичне вплив води на окислювання окисувуглецю пов'язане з розвитком реакційних шляхів за участю гідроксильних груп іатомів водню. Негативний К. часто пов'язаний з припиненням ланцюгової реакціївнаслідок обриву ланцюгів при взаємодії негативного каталізатора зактивними частками. Прикладом може служити уповільнюючий вплив кисню насполука водню з хлором. [1]
Характер проміжногохімічної взаємодії при До вельми різноманітний. Зазвичай розрізняють двігрупи каталітичних процесів: кислотно-основний (гетеролітичною) іокислювально-відновний (гомолитического). У процесах першої групивідбувається проміжне кислотно-основна взаємодія реагуючих речовин зкаталізатором, наприклад перехід протона від каталізатора до реагуючих речовинабо навпаки. На подальших стадіях протон переміщається у зворотномунапрямі, і каталізатор відновлює свій склад. При К. апротоннихкислотами взаємодія здійснюється через вільну пару електронівреагуючої речовини. Прикладами кислотно-основного К. можуть служити гідролізскладних ефірів, прискорює кислотами; гідратація олефінів у присутностіфосфорно-кислотних каталізаторів; ізомеризація і крекінг вуглеводнів наалюмосилікатних каталізаторах; алкілування; полімеризація і багато іншихреакції. При реакціях окислювально-відновного К. проміжневзаємодія пов'язана з електронними переходами між каталізатором іреагують речовинами. До цієї групи відносяться окислення двоокису сірки втрехокісь у виробництві сірчаної кислоти; окислення аміаку до окису азоту приотриманні азотної кислоти; численні процеси парціального окисненняорганічних сполук, наприклад етилену в окисел етилену, нафталіну підфталевий ангідрид; гідрогенізація; дегідрогенізаціі; циклізація і ароматизаціявуглеводнів; розкладання перекису водню і багато ін каталітичногоактивністю щодо окислювально-відновних реакцій володіютьпереважно метали 4 -, 5 - і 6-го періодів системи Д. І. Менделєєва,мають недобудовану d-оболонку електронів, їх з'єднання і в меншій міріз'єднання елементів з що добудовується f-оболонкою (лантаноїди і актиноїди). [1]
Розглянуті групидалеко не охоплюють всю різноманітність каталітичних реакцій. Характерпроміжного взаємодії при К. набагато більш складний і залежить від всіх деталейелектронної структури як реагуючих речовин, так і каталізатора. Конкретнімеханізми каталітичних реакцій багатообразні і доки лише в небагатьох випадкахтвердо встановлено. [1]
В залежності від фазовогостану реагуючих речовин і каталізатора розрізняють гомогенний ігетерогенний К. Проміжне положення займає мікрогетерогенність К. вколоїдних системах (наприклад, К. ферментами). При гомогенному К. каталізатор іреагуючі речовини утворюють одну однорідну систему, кордони розділу міжкаталізатором і реагуючими речовинами відсутні. При гетерогенному К.каталізатор і реагуючі речовини знаходяться в різних фазах і відокремлені один відодного кордоном розділу. Найбільш важливі випадки, коли каталізатор єтвердим тілом, а реакційна система утворює рідку або газоподібну фазу.Проміжне взаємодія відбувається при цьому переважно на поверхнітвердого каталізатор...
