гетерогенный катализ
Гетерогенный катализ осуществляется в том случае, когда катализатор и реагирующая система находятся в различных фазовых состояниях. Для объяснения многих примеров гетерогенного катализа привлекаются представления теории промежуточных соединений. Например, при каталитическом разложении пероксида водорода происходит расходование, а затем регенерация катализатора, оксида марганца (IV).
Все гетерогенные процессы происходят на поверхности фазового раздела. Больше всего изучены те гетерогенные процессы, при которых молекулы газовой фазы реагируют с поверхностью твердого тела. Гетерогенный катализ на твердой поверхности может быть объяснен на основе представлений теории адсорбции.
Адсорбционная теория гетерогенного катализа
Термин адсорбция означает накопление молекул на поверхности раздела фаз. (Необходимо различать термины адсорбция и абсорбция. Последний означает проникновение молекул в объем другого вещества.) Различают адсорбцию двух типов. Физическая
Гетерогенный катализ обычно включает как физическую адсорбцию, так и хемс сорбцию. Некоторые химики полагают, что механизм гетерогенного катализа включг ет пять названных ниже стадий, причем все они обратимы.
1. Диффузия. Реагирующие молекулы диффундируют к поверхности твердог вещества.
2. Адсорбция. Реагирующие молекулы сначала подвергаются физической адсор( ции на активных центрах поверхности твердого вещества. Затем они хемосорбируютс на ней.
3. Химическая реакция. Реагирующие молекулы, оказывающиеся рядом друг другом, вступают в реакцию между собой с образованием продуктов.
4. Десорбция. Эта стадия обратна стадии адсорбции. После завершения реакции молекулы продуктов оказываются сначала хемосорбированными на поверхности. Затем они становятся физически адсорбированными на ней и в конце концов высвобождаются с поверхности.
5. Диффузия. Молекулы продуктов диффундируют от поверхности.
Эти пять стадий схематично представлены на рис. 9.20 на примере каталитического гидрирования этилена с использованием тонкоизмельченного никелевого катализатора:
Отметим, что водород адсорбируется на поверхностных атомах никеля в атомарном виде. Тонкоизмельченное состояние катализатора обеспечивает большую площадь его поверхности и тем самым повышает эффективность его каталитического действия.
Оглавление: