Инфоурок Химия КонспектыКонспект на тему " Гомогенный и гетерогенный катализ. Катализаторы"

Конспект на тему " Гомогенный и гетерогенный катализ. Катализаторы"

Скачать материал

Тема 1.2 лекция 8 Каталитические процессы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Катализаторы.

Катализ можно определить  как изменение скорости химической реакции под влиянием веществ- катализаторов, которые, участвуя в процессе, остаются в результате неизменёнными по количеству и химическому составу.

Если скорость реакции в присутствии катализатора увеличивается, то катализ является положительным; если скорость реакции уменьшается , то катализ отрицательный. Обычно  положительный катализ называют просто катализом. Катализатор, замедляющий скорость химической реакции, обычно называют ингибитором. Как правило катализаторы не смещают химического равновесия, в одинаковой степени изменяя скорость прямой и обратной реакции. Катализаторы ( ингибиторы) могут ускорить или замедлить наступления равновесия, но не влияют на его состояние, т.е. не изменяют константу равновесия.

По сравнению с количествами реагирующих веществ катализатора, заметно изменяющее скорость реакции, ничтожно мала. Например, скорость окисления сульфита натрия в водном растворе значительно возрастает при введении катализатора сульфата меди в количестве 10-13  моль/л. С увеличением концентрации катализатора возрастает и скорость химической реакции.

Катализаторы отличаются избирательностью действия ( специфичностью), т.е данный катализатор влияет на определённый вид реакции. Так, при пропускании паров этилового спирта при 300-400◦С над катализатором –медью или никелем- идёт реакция дегидрирования спирта с образованием ацетальдегида:

C2H5OH --- CH3CHO+H2

Если  в качестве катализатора взять оксид алюминия AlO, то происходит дегидратация  спирта с образованием этилена:

C2H5OH------ C2H4+H2O

Иногда катализатор образуется в ходе самого химического процесса. Такие реакции называются автокаталитическими, а само явление автокатализом. При автокатализе скорость химической реакции вначале очень мала, с появлением продукта-катализатора она быстро возрастает и, достигнув максимума, снова снижается вследствие уменьшения концентрации реагирующих веществ.

Примером автокаталитической реакции может служить омыление эфира:

CH3COOC2H5+H2O----- C2H5OH+ CH3COOH

Катализатором этой реакции являются ионы Н+ , которые появляются в растворе при диссоциации получающейся уксусной кислоты.

Различают катализ гамогенный и геторогенный. Если катализатор и реагирующие вещества находятся в одной фазе (жидкой или газообразной), катализ называют гамогенным. К этому типу реакций относится  окисление SO2 до SO3 в присутствии катализатора NO2 , гидролиз  углеводов ( например, сахарозы) в водном растворе в присутствии кислоты.

При гетерогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах. Обычно реагирующие вещества находятся  в жидком или газообразном состоянии, а катализатором является твердым телом, при этом реакция протекает на границе двух фаз, т.е на поверхности твердого катализатора. В некоторых случаях каталитическое действие оказывает материал, из которого сделана аппаратура для данного процесса.

Так, при переработке плодов и овощей следует избегать контакта их с медью , так как она активирует окисление витамина С.

Как было указано выше, ингибиторы замедляют реакцию. В том случае, если ингибитор тормозит процесс окисления, его называют антиокисдантом, или антиокислителем. Особенно важным является применение антиокислителей для предотвращения окислительной порчи жиров и жиросодержащих продуктов и увеличения сроков их хранения.

Гомогенный катализ

Во всех случаях гомогенного катализа катализатор реагирует с исходными веществами, образуя нестойкие промежуточные соединения. Иногда эти промежуточные соединения можно выделить и определить их состав, иногда это очень неустойчивые соединения и обнаружить  их присутствие удается только специальными методами, например спектрофотометрическими. Существование  таких промежуточных соединений Кобозевым Николай Ивановичем советским физико-химиком.

Предположим, что идёт реакция в присутствии катализатора К:

А+В=АВ

Это процесс может идти по следующим стадиям:

1)А+К=АК ( промежуточное соединение)

2) АК+В= АВ+К

Увеличение скорости реакции при гамогенном катализе объяснится тем, что каждая из стадий характеризуется низкой энергией активации и , следовательно, идет с большой скоростью. Соответственно увеличивается и скорость всего процесса.

Примером гамогенной каталитической реакции, несколько более сложной, чем приведенная выше схема, является разложение ацетальдегида, которое катализаруется йодом.

CH3CHO---CH4+CO

Эта реакция протекает в две стадии:

1)      CH3CHO+I2 ----CH3I+HI+CO

2)      CH3I+HI----CH4+I2

Здесь катализатор образует два промежуточных соединения, которые  затем взаимодействуют друг с другом, регенерируя катализатор.

 

Гомогенный катализ в растворах часто вызывает действие ионов Н+ и ОН- . К таким реакциям  относятся реакции этирификация, гидролиз сложных эфиров, в том числе и жиров, инверсия сахарозы.

 

Гетерогенный катализ

При гетерогенном катализе реакция протекает на поверхности катализатора. Отсюда следует, что площадь поверхностного слоя катализатора и его строение определяет активность катализатора. Для увеличения площади поверхностного слоя катализатору обычно придают пористую структуру или наносят его тончайшем слоем на какое-либо химически нейтральное вещество, имеющее пористую структуру- пемзу, асбест и т.д. Такие катализаторы называются нанесёнными , а вещества , на которые они наносятся,- носителями, или подкладками.

Большое влияние на активность твердого катализатора оказывает строение его поверхности. Установлено, что каталитической активностью обладают не вся поверхность, а только её определённые участки- активные центры.

Поверхность катализатора, как и поверхность любого кристаллического твердого тела, неоднородна. На ней всегда есть трещины, пики, выступы. Атомы или группы атомов, находящиеся на вершине этих пиков или выступов, по сравнению с атомами, расположенными в глубине, менее прочно связаны с кристаллической решёткой и обладает свободной валентностью. Благодаря этому они могут образовывать неустойчивые поверхностные промежуточные соединения с веществами жидкой или газообразной фазы, т.е. на этих участках поверхности идет химическая реакция.

Баландин Алексей Александрович советский физико-химик установил, что промежуточные соединения на поверхности катализатора могут образовываться в том случае, если строение активного центра- порядок в расположении атомов катализатора- соответствует геометрическому строению молекул реагирующего вещества.

Наличие активных центров на поверхности катализаторов подтверждается высокой чувствительностью к действию каталитических ядов- веществ, которые присутствуют в реагирующей смеси в очень малых количествах, способны снизить или полностью подавить активность катализатора. Например, при гидрировании жидких масел для получения твердого жира активность никелевого катализатора резко снижается, если в водороде будет незначительная примесь оксида углерода. Такое действие очень малых количеств каталитического яда объясняется тем, что молекулы его покрывают не всю поверхность катализатора, а оседают ( адсорбируются) только на его активных центрах, блокируют их и выводят из участия в реакции.

Всякое увеличение неоднородности поверхности должно повышать активность катализатора. Это используют на практике, вводя в катализатор некоторые вещества, которые самые не обладают каталитической способностью, но изменяют структуру поверхности и тем самым увеличивают активность катализатора. Эти вещества называют промоторами.

Очевидно, увеличением числа активных центров можно объяснить и высокую активность смешанных катализаторов.

На активность, а также на избирательность нанесенных катализаторов влияет природа носителя. Один и тот же катализатор, нанесенный на разные носители, катализирует реакции разных типов. Это объясняется различным строением активных центров катализатора в зависимости от природы носителя и строения его поверхности

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал "Конспект на тему " Гомогенный и гетерогенный катализ. Катализаторы""

Методические разработки к Вашему уроку:

Получите новую специальность за 3 месяца

Главный хранитель

Получите профессию

Фитнес-тренер

за 6 месяцев

Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам

Скачать

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 625 453 материала в базе

Скачать материал

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 04.08.2015 5745
    • DOCX 19 кбайт
    • 38 скачиваний
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Бажанова Анна Сергеевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    Бажанова Анна Сергеевна
    Бажанова Анна Сергеевна
    • На сайте: 8 лет и 7 месяцев
    • Подписчики: 0
    • Всего просмотров: 116918
    • Всего материалов: 30

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой

Курс профессиональной переподготовки

Экскурсовод

Экскурсовод (гид)

500/1000 ч.

Подать заявку О курсе

Курс повышения квалификации

Современные образовательные технологии в преподавании химии с учетом ФГОС

36 ч. — 144 ч.

от 1700 руб. от 850 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 139 человек из 48 регионов

Курс повышения квалификации

Химия окружающей среды

72/108 ч.

от 2200 руб. от 1100 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 53 человека из 32 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Педагогическая деятельность по проектированию и реализации образовательного процесса в общеобразовательных организациях (предмет "Химия и биология")

Учитель химии и биологии

300 ч. — 1200 ч.

от 7900 руб. от 3950 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 34 человека из 22 регионов

Мини-курс

Родительство

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 20 человек из 11 регионов

Мини-курс

Методы и подходы проведения трекинга и менторства

3 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

Психологические особенности педагогического общения

6 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 30 человек из 19 регионов