Глава 6. Основные положения катализа

Понятия и определения

Источник: Байрамов В.М. Основы химической кинетики и катализа.

    Катализ имеет огромное значение в природе и современной жизни: каталитическими являются практически все биохимические процессы, большинство реакций, изучаемых в лаборатории, и технологических процессов, реализуемых в промышленности.
    Перечислим некоторые примеры каталитических процессов: глубокая переработка нефти с помощью крекинга, гидрокрекинга и риформинга; синтез и окисление аммиака; производство серной кислоты и метанола; гидролиз сложных эфиров, гидрирование олефинов; инверсия сахарозы и мутаротация глюкозы; синтез белков и обмен веществ в биологических системах и т.д. В настоящее время около 80 % всей химической продукции получается с помощью каталитических процессов.
    Учитывая сказанное выше, следует признать, что современный катализ по праву занимает самостоятельное место в физической химии наряду с разделами термодинамики, кинетики и электрохимии.
    По существу, катализ является связующим звеном, «мостом» между теоретическими положениями в химии и практическим осуществлением большинства химических процессов.
    В начале XIX в. было установлено, что ряд химических peaкций протекает в присутствии веществ, не принимающих в этих реакциях видимого участия.
    Были открыты, например, следующие превращения:
            окисление диоксида серы в производстве серной кислоты в присутствии оксидов азота;
            трансформация крахмала в сахар при добавлении разбавленных кислот;
            окисление паров спирта и эфира при обычной температуре в присутствии платины.
    Для объяснения указанных выше процессов Й.Берцеллиус (1835 г.) впервые использовал термин «катализ» и дал его определение: катализ — это ускорение скорости реакции в присутствии некоторых веществ, которые выделяются химически неизменными в конце реакции.
    Катализатором по определению В.Оствальда (1905 г.) является вещество, которое своим присутствием изменяет скорость реакции, не изменяя ее суммарного энергетического баланса, и остается химически неизменным в конце процесса.
    Таким образом, уже из классических определений ясно, что каталитическая реакция отличается от обычной по меньшей мере тем, что в ней всегда участвует как минимум один дополнительный компонент-катализатор.
    Обратим внимание на то, что катализатор — это вещество, поэтому теплота и свет, хотя и влияют на скорость протекания реакции, не являются катализаторами.
    Современное определение катализа, сформулированное в работах академика Г. К. Борескова, гласит: катализ — это изменение скорости химических реакций под влиянием веществ-катализаторов, многократно вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливающих после каждого цикла свой химический состав.
    Существенно, что в определении катализа указывается на его химическую сущность, чем проводится различие между явлением катализа и изменением скорости химического процесса под влиянием, например, физических параметров.
    С другой стороны, подчеркивается стехиометрическое неучастие катализатора в реакции, т. е. он не расходуется в процессе катализа. Из этого не следует, что в ходе реакции с катализатором не происходит никаких изменений. Важно отметить, что возможные изменения представляют собой побочные явления, не связанные с его каталитическим действием.
    Причина каталитического действия различных веществ заключается в изменении механизма реакции в присутствии катализатора, т.е. возникновении нового или нескольких протекающих быстро путей реакции. Под механизмом реакции понимается совокупность элементарных химических стадий, которые имеют место в реакционной системе при переходе от исходных веществ к продуктам.

<<Назад в библиотеку