A katalizátorok hatásmechanizmusa - vegyi referenciakönyv 21
Kémia és vegyi technológia
A katalizátorok hatása specifikus - egy adott reakció gyorsítása. A katalizátor nem hathat számos más reakcióra. Ez azt jelenti, hogy egy adott reakció esetében a legjobb katalizátor általában egy bizonyos katalizátor (vagy hasonló katalizátorok csoportja). Specificitás A katalizátorok nagyon fontos, mivel lehetővé teszi a kémiai folyamat a kívánt irányba, vagyis. E. A növelése irányába a képződési sebességét a kívánt termékeket, ha a rendszer termodinamikailag lehetséges több független kémiai átalakítások. [C.308]
Meg kell jegyeznünk a katalizátorok működésének sajátosságát - minden egyes reakciót felgyorsítanak bizonyos katalizátorok, és nem gyorsítják őket mások, és éppen ellenkezőleg, minden katalizátor felgyorsítja bizonyos specifikus reakciókat, és nem gyorsítja a többieket. Ez lehetővé teszi különböző katalizátorok használatát. különböző termékeket kapnak ugyanabból a kiindulási anyagból. Továbbá meg kell jegyezni, hogy a katalizátor egyaránt felgyorsítja mind a közvetlen, mind a megfelelő hátreakciót. Ez azt jelenti, hogy a katalizátor nem befolyásolja a kémiai egyensúly állapotát. Ne tolja el. A katalizátor szerepe. lényegében csökkenti azt a tényt, hogy felgyorsítja az egyensúlyi állapot kialakulását. Természetesen a kataláz gyakorlati alkalmazása célszerű olyan esetekben, amikor a reakciórendszer egyensúlyi állapotának elérésére törekszik. [C.96]
A katalizátorok gyorsító hatása specifikus és alapvetően különbözik a többi paraméter hatásától, a folyamatok sebességétől. - hőmérséklet, nyomás. [C.105]
George és Robertson [39] úgy találta, hogy a katalizátorok (fém-sztearátok) a szénhidrogénekre specifikusak, ez a 109. táblázat. [C.289]
A katalizátoroknak specifikus hatásuk van, nem minden katalizátor katalizálja ugyanazt a reakciót, ugyanazt az anyagot különböző végtermékekké alakíthatja át különböző katalizátorokkal. Például az etil-alkohol elbomlik, hogy etilént képezzen [c.164]
A katalizátor hatásának specifikussága heterogén katalízissel nem kevésbé élesen, mint a homogén katalízissel. Ez nagymértékben hátráltatja a választását erre a reakcióra. Az ilyen szelekciót általában az egyes anyagok számos mintája végzi, mivel nincs általános elméleti útmutatás a katalizátor kiválasztására. [C.346]
Különösen érdekes az a tény, hogy a katalizátorral nagyon kevés méreggel működik. Előfordulhat, hogy egy reakciót inaktívvá tesz, míg a másikra aktív marad. Az ilyen részleges mérgezésnek valószínűleg nagy gyakorlati értéke lesz az idő múlásával. mivel növelni fogja a katalizátor hatásának sajátosságait és diverzifikálja alkalmazási területét. [C.350]
Az ilyen rendszereket ismert közelítéssel tekinthetjük meg. mint a mérhetetlenül rugalmasabb és műanyag természetes katalizátorok - enzimek modelljei. Úgy tűnik, túlságosan szigorú és változatlanul betartja a kód szabályait, amelyet a kölcsönható részecskék merev geometriája határoz meg. így korlátozza a reakciók lehetőségeit, a biológiai evolúció kiemelte a fehérje katalizátorokat. amelyek hatalmas számú konformációs lehetőséggel rendelkeznek. és ezekhez az aljzatokhoz kapcsolódnak, amelyek molekulái bizonyos mértékig deformálódni képesek. Ebből kiderült, hogy a kódex követelményei kevésbé szigorúak, és az enzimek számára nyitott tevékenység aktivitását és specifitását növelő új módszerek. [C.323]
A katalizátor hatásának sajátossága csak a kémiai összetételétől függ, vagyis az elemnek a Mendeleyev periodikus rendszerében (a rács szerkezetétől, az elektronikus szerkezettől és a kémiai tulajdonságoktól) viszonyuló helyzetétől. Ezt a pozíciót különösen részletesen kifejlesztette Boreskov GK és iskolája. Ezzel összefüggésben a működő katalizátor valódi felületének egy egységének aktivitása nem függ nagyon kevés (egy adott reakció esetében) a katalizátor készítésének módszerén a közeli részecskeméreten. E szabály megfigyelt nyilvánvaló megsértését a különböző szennyeződések befogása azzal magyarázza, hogy a katalizátor előállítási módja megváltozott. [C.7]
A katalizátor hatása specifikus. Meg tudja változtatni az egyik reakció sebességét, és nem befolyásolhatja a másik sebességét. [C.327]
Az előző részből következik, hogy az adszorpció jelentős szerepet játszik a heterogén katalízisben. A katalízis korai elméleteiben azt gondolták, hogy a katalizátor felgyorsítja a reakciót, mivel az adszorpció során a reagáló anyag a felületére koncentrálódik. Azonban egy ilyen egyszerű feltételezést nem erősítettek meg, először is ellentmond a katalizátor hatásának specifikusságának. A mérgek hatása szintén nem támogatja ezt a feltételezést. Kiderült, hogy a méreg különböző mértékben hat az adszorpcióra és a katalitikus aktivitásra. Teljesen mérgezi a katalitikus folyamatot. és az adszorpció nem változik, vagy jelentéktelenül változik. [C.338]
Az aktív katalitikus központok fogalmát először Taylor vitte be. Ennek az elméletnek megfelelően az aktív katalitikus centrumok a kristályok csúcsai vagy élei. A kristályok különböző zavarai is aktívak lehetnek. Azonban ez az elmélet még mindig nem magyarázza meg a katalizátorok működésének sajátosságát, és nem mond semmit a mérgek hatásáról. [C.339]
A katalízis másik fontos jellemzője a katalizátor hatásának specifikus tulajdonsága. A katalitikus aktivitást a katalizátor univerzális tulajdonságaként lehetetlen megfontolni. Számos katalizátor katalitikus aktivitást mutat egy vagy egy szűk reakciócsoporttal szemben. Minden egyes reakció esetében célszerű a legaktívabb és szelektív katalizátort használni. [C.80]
A katalizátor felületének több szegmensét multiplettnek neveztük el. amely több atomból vagy ionból áll, amelyek természetesen a katalizátor kristályrácsának szerkezete szerint helyezkednek el. Katalitikus aktivitás akkor valósul meg, amikor ezen atomok vagy ionok elrendezése a katalizátor felületi rétegében geometriailag összhangban van a reagáló anyagok molekuláiban lévő atomok elrendezésével. Az ilyen molekulák adszorpciója során a megfelelő atomok vagy a katalizátor felületének ionjaiban lévő és részben egymáshoz kapcsolt atomok gyengíthetik egymás között a kötéseket. A felszíni réteg atomjainak vagy ionjainak típusától függően a köztük lévő távolságok és a geometriai szabályszerűségük elrendezésük során gyengíthetik ezeket vagy más kötéseket a reakcióképes molekulákban. Ez megmagyarázza a katalizátorok működésének sajátosságait. [C.497]
Egy kiváló példa a katalitikus reakció előállítására aromás szénhidrogének a klasszikus módszerrel katalitikus dehidrogénezése hattagú naftén szénhidrogének platina vagy palládium fekete. amelyet Zelinsky fejlesztett ki. A ciklohexán termikus krakkolásával gyakorlatilag nem képződik a benzol, vagyis e körülmények között nem észlelhető dehidrogénezési reakció. A krakkoló termékek elsősorban nyitott paraffinos és etilén szénhidrogénekből állnak. a hattagú mag feltörése következtében alakult ki. Jelenlétében platina vagy palládium uerni hőmérsékleten körülbelül 300 ° C van egy sima ciklohexán dehidrogénező (és a többi hat-tagú naftén szénhidrogének) anélkül, hogy káros reakciókat szénhidrogén sejtmagba. Hatásának specifitása a katalizátor fejezzük be, hogy a-öt-tagú naftén szénhidrogének, paraffinok, és diszubsztituált (egy szénatom) -ciklohexánt, mint például a 1,1-dimetil-ciklohexán, nem megy át a dehidrogénezést a meghatározott feltételek [Zelinsky (66)]. Zelinsky dehidrogénezési katalízis elméleti indoklását Balandin (2) kifejlesztette multiplett elméletében. [C.239]
A hidrogénezés szelektivitása a katalizátorok hatásának specifikusságában is megjelenik, a reakcióképes molekulák szerkezetétől függően. Ismeretes, hogy a Ni aktívabb a C = C kötéshez képest, mint a C = O kötéshez, és a CuCr04 a fordított. A szelektivitás oka valószínűleg ezeknek a katalizátoroknak a képessége, hogy a reagens molekulákat összehangolt módon adszorbeálják, így ezeknek a molekuláknak a különböző részei deformálódnak és adszorbeálódnak a katalizátor aktív helyein. A hőmérséklet növekedésével ez a sajátosság törlődik. Az ilyen szavazók kiváló példája [c.393]
A biokatalizáció fizikai kémiájának fő feladata olyan közös okok azonosítása, amelyek a biológiai katalizátorok egyedi tulajdonságait okozzák. Úgy tűnhet, hogy a készítmény ilyen probléma is ellentétben áll a helyzet, hogy érvényesült a Enzimológiai néhány évvel ezelőtt, amikor annak ellenére, hogy a széles körű minőségi információ hatnak specifikusan száz enzimek, nem volt - mint Uil- jegyzetek. Jenks (1969), - a katalízis mozgatóerejeinek részletes vagy kvantitatív ábrázolását illetően semmilyen konkrét esetben sem [11. Azóta azonban számos tudományos iskola erőfeszítéseinek köszönhetően jelentős változások történtek. Noha nehéz ezt a módszertani megközelítést előnyben részesíteni. Azonban aligha lehetséges vitatni a kinetikus-termodinamikai vizsgálatok által a felmerült probléma megoldására tett hozzájárulás fontosságát. Különös jelentőséggel bírtak, amikor a kristályos enzimek szerkezetének röntgenvizsgálatai eredményeként molekuláris szinten értelmezték eredményeiket. [C.3]
Most, a biokatalizátor modellezésének eredményével és nehézségeivel összefüggésben a kémiai evolúció problémájának szerepe a katalízis vizsgálatában jelentősen megváltozott. A biokatalizátorok modellezésében nemcsak a biogenezis bizonyos általános mintáit veszik figyelembe. de ha lehetséges, az ilyen szabályszerűségek teljes egészét. A modellek javítása érdekében a struktúrák mesterséges kiválasztásának elvei egyre inkább megközelítik a természetes szelekció elveit. De ami meglehetősen öngyilkos, ugyanakkor egyre több empirikus anyag halmozódik fel a katalitikus kémiában. amely nem illeszkedik a kémiai összetétel invariancia klasszikus kinetikájának kiinduló posztulátumaihoz, az energiaparaméterekhez és a katalizátorok működésének sajátosságához. Egyre több újság jelenik meg napról napra, amelynek eredménye a katalizátorok fizikai és kémiai változásait mutatja be, és önmagukban alkalmazkodnak a katalitikus alapreakció követelményeihez. [C.184]
A tisztán vegyi anyagok mellett. a homogén katalízis hatalmas biológiai jelentőséggel bír. A szervezetekben és az állatokban, valamint a növények tartalmaznak enzimeket - szerves összetett szerkezetű anyagokat, amelyek katalizátorok szerepet játszanak a különböző életfolyamatokban. Ezek a cselekvés éles specifikusságát tárják fel. mivel mindegyikük csak egy bizonyos folyamatot gyorsít fel. nem befolyásolják mások. E tekintetben az enzimek felülmúlják a szervetlen katalizátorokat. amely nagyrészt felgyorsíthatja a kémiai folyamatban hasonló reakciókat. 3 [c.346]
Katalizátorok bevezetésével a bomlási hőmérséklet jelentősen megemelhető. Például Al2O3 vagy finom eloszlású réz jelenlétében a bomlás már 300 ° C-on megy végbe. Különösen vaschio gyakorlatilag és specificitása jellemző a katalizátorok az a tény, hogy azok egyes képviselőinek a p és n fokok és befolyásolják mindegyik lehetséges egyidejű reakciókat. Így a vizsgált esetben az AlzO3 csak az elsőt gyorsítja fel, a Cu csak a második. Ezért, dei -stviem AOz bomlása etil-alkohol 300 ° C-on csaknem teljesen alkotnak etilén és a víz, és a hatása alatt a C-on és azonos külső feltételek -practically egyenletesen képezve acetaldehid és hidrogén = megfelelő megválasztásával más alkalmas katalizátorok, mindkét reakció végrehajtható [c.348]
A legnagyobb nehézséget az elméleti értelmezése a probléma specifikus hatásukat a katalizátor / Még mindig nem tudni pontosan, hogy mely tulajdonságok alkalmassá teszik egy adott reakció. Például, a jó érintkező befogadó H2SO4 katalizátorokat együtt platina pirittel salak (maradékok pörkölés pirit, t. E. A adalékszer RegOe CuO) és ezüst-vanadát (Ag3V04). Az első katalizátor egy fém, a második az oxidok keveréke, a harmadik pedig a só. Úgy tűnik, hogy nincs köztük semmi. -hőmérsékletek azok gyorsítják ugyanazt a folyamatot, így a hasonlóság a természetben a fellépés az aktív centrumok még mindig ott van. A kondicionált állapot még mindig nem tisztázott. [C.350]
Fizikai Kémia tankönyve (0) - [c.378]