Катализаторы и каталитические системы. Сущность каталитического действия. Гомогенный катализ. Гетерогенный катализ. Методы повышения эффективности технологических процессов за счет использования катализаторов
При гомогенном катализе катализатор и реагирующие вещества образуют одну фазу (газовая смесь или раствор). При гетерогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах.
Адсорбционная теория гетерогенного катализа (ГК)
Описывает каталитические процессы, которые происходят на поверхности раздела твердой фазы (катализатор) и газовой фазы (реагирующие вещества). Центральную роль в процессе (ГК) играют физическая и химическая адсорбция.
Адсорбция
Адсорбция – накопление молекул на поверхности раздела фаз. Физическая адсорбция происходит под действием сил Ван-дер-Ваальса. Химическая адсорбция (хемосорбция) происходит вследствие образования химических связей между адсорбируемыми молекулами и поверхностью.
Стадии гетерогенного катализа на примере каталитического гидрирования этилена
1. Диффузия. Реагирующие молекулы диффундируют к поверхности твердого вещества (см. рис. ).
Рис.19. Диффузия молекул этилена и водорода из газовой фазы к поверхности никелевого катализатора
2. Адсорбция. Реагирующие молекулы сначала адсорбируются физически, затем вступают в химические реакции с активными центрами поверхности (хемосорбируются) (см. рис. ).
Активные центры – свободные участки поверхности, где могут адсорбироваться молекулы реагирующих веществ. Другая часть поверхности катализатора занята адсорбированными молекулами примесей. Число активных центров на единицу поверхности зависит от природы и способа приготовления катализатора.
Рис.20. Адсорбция молекул этилена и водорода на поверхности никелевого катализатора
3. Химическая реакция. Адсорбированные атомы и молекулы вступают в химическую реакцию с образованием продуктов.
Рис. 21. Химическое взаимодействие молекул этилена и водорода на поверхности никелевого катализатора
4. Десорбция. Молекулы продуктов реакции переходят из состояния хемосорбированности в состояние физической адсорбированности и затем десорбируются с поверхности.
Рис. 22. Десорбция молекул этана с поверхности никелевого катализатора
5. Диффузия. Молекулы продуктов реакции диффундируют с поверхности.
Рис. 23. Диффузия молекул этана с поверхности никелевого катализатора в газовую фазу
Ваша оценка?