Катализатор понятие: Катализатор — это… Что такое Катализатор? – Понятие о катализе и катализаторах

Понятие о катализе и катализаторах

Одно из наиболее сильных средств влияния на скорость реакции – присутствие в реагирующей системе катализатора. Катализатором называется вещество, изменяющее скорость химической реакции, но остающееся неизменным после того, как химическая реакция заканчивается.

Катализ– явление, заключающееся в изменении скорости химической реакции под действием катализаторов. Согласно современным воззрениям, катализ обусловлен уменьшением энергии активации молекул (E_a1 ) при их контакте с катализатором (E_a2 ) так, как это показано нарис. 4.9:

Рис. 4.9. Изменение энергии реагирующей системы в присутствии катализатора и без него.

Действие катализаторов является избирательным. Применяя разные катализаторы, можно получить из одного и того же вещества разные продукты, например:

Определенный катализатор, изменяя скорость одной реакции, совершенно не оказывает влияния на скорость другой химической реакции. Поэтому должно быть понятным, что поиски, подбор, исследование и дальнейшее внедрение в практику все новых и новых катализаторов является одной из сложнейших и важнейших задач современной химии, так как роль катализаторов в химическом производстве очень велика. Перечислим лишь несколько химических производств, где используют катализаторы.

• В нефтяной промышленности для крекинга углеводородов (с помощью которого увеличивается выход бензина из керосина) и для реформинга (который приводит к перестройке структуры углеводородов и повышению октанового числа бензина).

• При переработке природного газа.

• При получении полимеров, искусственного каучука.

• При получении серной кислоты, аммиака, синтетического метилового и этилового спиртов и т.д.

Катализ играет большую роль не только в химии, но и в биологии, так как практически все биохимические превращения, происходящие в живых организмах, являются каталитическими. В роли катализаторов в этом случае выступают ферменты – вещества биологического происхождения. Теория биохимических катализаторов – ферментов намного сложнее, чем теория химических катализаторов.

4. Реакционная способность веществ

Как мы уже видели, способность к взаимодействию различных химических реагентов (реакционная способность) определяется не только их атомно-молекулярной структурой, но и условиями протекания химических реакций, к которым прежде всего относятся термодинамические факторы, характеризующие зависимость реакций от температуры, давления и некоторых других условий. В еще большей степени характер и особенно скорость реакций зависят от кинетических условий, которые определяются, прежде всего, наличием катализатора.

Еще в конце XIX в. изучалось влияние растворителей на ход химических реакций. Выяснилось, что одна и та же реакция в разных растворителях протекает по-разному – с разными скоростями и выходом конечного продукта. Иногда растворитель оказывается инициатором реакции, – без него она просто не начиналась бы. В настоящее время считается общепринятым, что растворитель – непосредственный участник всякой химической реакции, является в одних случаях ее катализатором, т. е. веществом, ускоряющим реакции, а в других – ингибитором – веществом, снижающим скорость химического процесса.

Опыты показывают, что стенки реактора участвуют в химическом взаимодействии реагентов.

На интенсивность химических процессов оказывают влияние случайные примеси. Вещества различной степени чистоты проявляют себя в одних случаях как более активные реагенты, в других – как инертные. Примеси могут оказывать как каталитическое, так и ингибиторное действие. Поэтому для управления химическим процессом в реагирующие вещества вносят те или иные добавки.

Таким образом, влияние растворителей, стенок реактора и случайных примесей на ход химических реакций может быть сведено и к катализу, т. е. к положительному воздействию на химический процесс, и к ингибированию, сдерживающему процесс.

Говоря о катализаторах, следует отметить особый тип катализаторов, созданных самой природой, ферменты, или биокатализаторы. Без них возникновение и эволюция жизни на Земле были бы невозможны.

Несмотря на то, что ферменты обладают общими свойствами, присущими всем катализаторам, они не тождественны им, поскольку функционируют в рамках живых систем. Поэтому все попытки использовать опыт живой природы для ускорения химических процессов в неорганическом мире наталкиваются на серьезные ограничениями. Речь может идти только о моделировании некоторых функций ферментов и использования этих моделей для теоретического анализа деятельности живых систем, а также частично – практического применения выделенных ферментов для ускорения некоторых химических реакций.

Тот факт, что катализ играл решающую роль в переходе от химических систем к биологическим в процессе биохимической эволюции (возникновения жизни на Земле), в настоящее время подтвержден многими данными и аргументами. Наиболее убедительные результаты связаны с опытами по самоорганизации химических систем, которые наблюдали наши соотечественники Б.П. Белоусов и А.М. Жаботинский. Такие реакции сопровождаются образованием специфических пространственных и временных структур за счет поступления новых и удаления использованных реагентов. Важное значение в указанных реакциях играют каталитические процессы. Роль этих процессов усиливается по мере усложнения состава и структуры химических систем. На этом основании некоторые ученые напрямую связывают химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем.

Общие сведения о катализе и катализаторах

План лекции:

1 Краткая теория катализа

2 Требования, предъявляемые к катализаторам

3 Стадии каталитических реакций

4 Краткая характеристика каталитических реакций

1

Краткая теория катализа

Увеличение объёма производства нефтепродуктов, расширение их ассорти­мента и улучшение качества – основные задачи, поставленные перед нефтеперера­батывающей промышленностью в настоящее время. Возрастание доли переработ­ки сернистых и высокосернистых нефтей, а также высокопарафинистых нефтей потребовало изменение технологии переработки нефти. Большое значение приоб­рели вторичные процессы. Производство топлив, отвечающих современным тре­бованиям, невозможно без применения таких процессов как КК, КР, ГО, алкилирование, изомеризация и гидрокрекинг.

Катализ (этот термин впервые был предложен шведским химиком Берцелиусом в 1855г

) является исключительно эффективным методом осуществления в промышленности химических превращений. В настоящее время до 90% всей хи­мической продукции мира изготовляется каталитическим путём.

Катализ – многостадийный физико-химический процесс избирательного меха­низма и скорости термодинамически возможных химических реакций веществом-катализатором, образующим с участниками реакций промежуточные химические соединения.

Различают положительный катализ — увеличение скорости реакции под влиянием катализатора — и отрицательный катализ, приводящий к уменьшению скорости химического превращения (ингибирование).

Следует отметить, что под термином «катализ» подразумевают преимущественно только положительный катализ.

Важной особенностью катализа является:

1) сохранение катализатором своего состава, в результате промежуточ­ных химических взаимодействий с реагирующими веществами.

2) Катализатор не расходуется в процессе катализа. Но под влиянием реагентов, примесей, циркуляция и темпе­ратура катализатора всегда претерпевает физико-химические изменения. В этой связи в промышленных каталитических процессах предусматривают операции за­мены, периодической или непрерывной регенерации катализатора.

3) Катализатор не может влиять на термодинамическое равновесие химической реакции.

4) специфичность действия катализатора. Многие катализаторы проявля­ют каталитическую активность в отношении одной или узкой группы реакции. Для каждой реакции целесообразно использовать свой наиболее активный и селектив­ный катализатор.

Классификация катализа и каталитических реакций

По агрегатному состоянию реагирующих веществ и катализатора различают:

— гомогенный катализ, когда реагенты и катализатор находятся в одной фазе;

— гетерогенный катализ, когда каталитическая система включает несколько фаз. В нефтепереработке гетерогенный катализ, особенно с твердым катализатором, распространен значительно больше, чем гомогенный.

По природе промежуточного взаимодействия реагирующих веществ и ка­тализаторов катализ подразделяется на три класса:

1) гомолитический катализ — когда химическое взаимодействие протекает по гомолитическому механизму.

По гомолитическому, преимущественно так называемому электронному катализу протекают реакции окислительно-восстановительного типа (такой катализ поэтому часто называют окислительно-восстановительным):

— гидрирования,

— дегидрирования,

— гидрогенолиза гетероорганических соединений нефти,

— окисления и восстановления в производстве элементной серы,

— паровой конверсии углеводородов в производстве водорода,

— гидрирования окиси углерода до метана и др.

Каталитической активностью в отношении таких реакций обладают переходные металлы первой подгруппы (Сu, Ag) и восьмой группы (Fe, Ni, Co, Pt, Pd) периодической системы Д. И. Менделеева, их окислы и сульфиды, их смеси (молибдаты никеля, кобальта, ванадаты, вольфраматы, хроматы), а также карбонилы металлов и др.

Пример: С₆Н₁₄ → С₆Н₁₂ +Н₂

2) гетеролитический — в случае гетеролитической природы промежуточно­го взаимодействия.

Гетеролитический, или так называемый ионный, катализ, имеет место в каталитических реакциях крекинга, изомеризации, циклизации, алкилирования, деалкилирования, полимеризации углеводородов, дегидратации спиртов, гидратации олефинов, гидролиза и многих других химических и нефтехимических процессах.

К катализаторам ионных реакций относят жидкие и твердые кислоты и основания (по этому признаку гетеролитический катализ часто называют кислотно-основным): H₂SO₄, HF, HCl, Н₃РО₄, HNO₃, СН₃СООН, AlCl₃, BF₃, SbF₃, окислы алюминия, циркония, алюмосиликаты, цеолиты, ионообменные смолы, щелочи и др.

Пример: RCH=CH₂ + H⁺A^— → RC⁺HCH₃ + A^—

a) RC⁺HCH₃ → RCH₂ – C⁺H₂ – первичный карбений-ион

б) RC⁺HCH₃ → RC⁺H – CH₃ – вторичный карбений-ион

3) бифункциональный (сложный) катализ, включающий оба типа химиче­ского взаимодействия.

В техническом катализе (например, в процессах каталитического риформинга и гидрокрекинга) нашли широкое применение бифункциональные катализаторы, состоящие из носителя кислотного типа (окись алюминия, алюмосиликаты, промотированные галоидами, цеолитом и др.) с нанесенным на него металлом — катализатором гемолитических реакций (Pt, Pd, Co, Ni, Mo и др.)

Ценность этой классификации заключается в том, что именно природа промежуточного химического взаимодействия, а не агрегатное состояние реакционной системы определяет свойства, которыми должен обладать активный катализатор.

Пример: С₆Н₁₄ (-Н₂) С₆Н₁₂ц-С₆Н₁₂ (-3Н₂) С₆Н₆

Теплота образования первичных карбений-ионов на 81 кДж/моль больше, чем для вторичных, и на 142 кДж/моль больше, чем для третичных. Вследствие этого, первичные карбений-ионы быстро переходят в третичные.

Понятие о катализаторе | Химия. Шпаргалка, шпора, формула, закон, ГДЗ, опыты, тесты, сообщение, реферат, кратко, конспект, книга

Попав на царапину или ранку, пероксид водорода разлагается намного интенсивнее (силь­но пузырится, «шипит»). Кислород в момент выделения об­ладает сильными дезинфицирующими свойствами. Вместе с пеной из ранки удаляется загрязнение. Это происходит по­тому, что кровь содержит особые вещества, которые ускоря­ют разложение пероксида водорода. В 1835 г. шведский хи­мик И. Берцелиус установил, что в присутствии определен­ных веществ скорость некоторых химических реакций су­щественно возрастает. Для таких веществ он ввел термин «катализатор» (греч. katalysis — «ослабление», «разрушение»).

Катализаторы — вещества, которые ускоряют хими­ческие реакции, но не входят в состав их продуктов.

Ферменты — биологические катализаторы, они уско­ряют химические реакции в живых организмах.

Разложение пероксида водорода могут ускорять многие вещества. Среди них — оксид марганца (IV) — один из продук­тов разложения перманганата калия. Щепотка этого соеди­нения ускоряет разложение все новых и новых порций пе­роксида водорода. Сам оксид марганца (IV) при этом не рас­ходуется и не входит в состав продуктов реакции (рис. 18.6).

Рис. 18.5. Схема получения кислорода разложением пероксида водорода и собирания кислорода вытеснением воздуха

Рис. 18.6. Каталитическое разложение пероксида водорода

Кислород немного тяжелее воздуха. Поэтому его можно собрать вытеснением воздуха в сосуд, размещенный отверс­тием вверх (рис. 18.5).

Катализаторы играют важную роль в жизни человека. Ферменты принимают участие в регуляции биохимических процессов. С давних времен ферментативные процессы при­меняют в хлебопечении, сыроварении, виноделии, пивова­рении, кожевничестве и т. п.

И сейчас ферменты применяют в промышленности: при переработке сахара, получении синтетических антибиотиков и белков. В моющие средства добавляют ферменты, ко­торые ускоряют расщепление загрязнений белковой приро­ды. Универсальные стиральные порошки для эффективного удаления пятен от пота, крови, пищевых продуктов и дру­гих белковых загрязнений содержат биодобавки и фермен­ты (их еще называют «энзимы»). Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 18.7. Изготовление сыра невозможно без применения ферментов

Рис. 18.8. Схема очистки автомобильных выхлопных газов

Важная черта современной практической химии — осуще­ствление процессов с использованием катализаторов. Без них, например, невозможно превратить растительное масло в маргарин.

Каталитические методы очищения газообразных отходов промышленных предприятий применяют для удаления раз­нообразных токсичных соединений.

Также катализаторы нужны для очистки автомобильных выхлопных газов (рис. 18.8).

На этой странице материал по темам:

• Краткий доклад катализаторы по химии

• Наблюдение и эксперименты химии

• Сообщение краткое о катализаторах

• Реферат на тему катализаторы,понятие,их роль в жизни человека

• Оціни значення каталізаторів у житті людини

Вопросы по этому материалу:

• Назови вещества, в которые превращаются составляющие автомобильных выхлопных газов после каталитической очистки.

• Есть ли среди продуктов каталитической очистки выхлопных газов ядовитые вещества?

• Оцени значение катализаторов в жизни человека.

Понятие о катализе и катализаторах

    Химическая кинетика. Скорость химических реакций. Зависимость скорости реакции от природы, поверхности соприкосновения и концентрации реагирующих веществ, температуры реакции и катализаторов. Закон действующих масс для скорости химической реакции. Понятие о катализе. Катализаторы и ингибиторы. [c.26]

    Кислотно-основные свойства катализаторов. Сведения о кислотности часто необходимы при оценке свойств катализаторов. Активность и селективность катализаторов в реакциях крекинга органических соединений, изомеризации, полимеризации, дегидратации и других находятся в непосредственной связи с их кислотными свойствами. В настоящее время общепризнанным является принцип родственности механизмов гомогенного и гетерогенного кислотного катализа. Поэтому, по аналогии с гомогенным катализом, в гетерогенном катализе используются такие понятия, как кислота Бренстеда , кислота Льюиса и, соответственно, бренстедовские и льюисовские кислотные центры. Однако вопросы структуры кислотных точек на поверхности катализаторов, возможность перехода одного типа кислотных центров в другой, а также их влияние на поведение катализатора в процессе все еще остаются дискуссионными. [c.381]

    Катализ. Основные понятия. Катализом называют явление иэменения скорости реакции или возбуждения ее, происходящее под действием некоторых веществ, называемых катализаторами, которые, участвуя в процессе, сами к концу реакций остаются химически неизменными. Как известно, влияние катализаторов может быть весьма сильным и под их действием скорости реакций могут изменяться в миллионы и большее число раз как в ту, так и в другую сторону. Под действием катализаторов могут [c.491]

    Химическая кинетика. Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Закон действующих масс. Физический смысл константы скорости. Правило Вант-Гоффа. Понятие об энергии активации, ее влияние на скорость химической реакции. Уравнение Аррениуса, Явление катализа. Гомогенный и гетерогенный катализ. Катализаторы, ингибиторы, промоторы, каталитические яды. Химическое равновесие. Реакции обратимые и необратимые. Состояние химического равновесия. Принцип Ле Шателье. [c.4]

    Основные положения и законы химической кинетики, а также метод переходного состояния могут быть применены при описании кинетики гетерогенно-каталитических процессов. Особенность такого описания здесь заключается в известной неопределенности в понятии катализатора и химического соединения молекулы реагирующего вещества с катализатором. Если в гомогенном катализе катализатор находится в молекулярном состоянии, которое может быть строго описано термодинамическими функциями состояния А Я, 5, ДО, то в гетерогенном катализе не всегда ясно, что принимать за молекулярную единицу катализатора. Атомы и молекулы, находящиеся на поверхности раздела фаз, не тождественны атомам и молекулам, находящимся в объеме фазы. Их термодинамические функции состояния отличны от термодинамических функций молекул объемной фазы. В настоящее время нет достаточно надежных методов определения или расчета активности Д Я, 5 и ДО молекул, находящихся на границе раздела фаз. Поэтому при выражении концентрации или активности катализатора, продуктов взаимодействия молекул субстрата с катализатором приходится прибегать к условным понятиям концентрации катализатора, выражая ее через свободную, незанятую поверхность. [c.637]

    Основные положения и законы химической кинетики, а также метод переходного состояния могут быть применены при описании кинетики гетерогенно-каталитических процессов. Особенность такого описания здесь заключается в известной неопределенности в понятии катализатора и Х1 мического соединения молекулы реагирующего вещества с катализатором. Если в гомогенном катализе катализатор находится в молекулярном состоянии, которое может быть строго описано термодинамическими функциями состояния 5, АО, то [c.637]

    Общие понятия и определения. Явление катализа можно определить как зависимость скорости реакций от присутствия веществ — катализаторов, которые на отдельных стадиях химического процесса вступают во взаимодействие с реагирующими молекулами и резко изменяют скорость реакции, оставаясь в химически неизмененном виде. Катализатором реакции является вещество — атомы, молекулы, ионы или поверхности раздела фаз, которое взаимодействует с молекулами реагирующих веществ, изменяет скорость химической реакции и выделяется на последующих стадиях в химически неизмененном виде. Большое практическое и теоретическое значение имеют катализаторы, повышающие скорости химических реакций. Иногда нх назьшают положительными катализаторами. Катализаторы, понижающие скорость химической реакции, называют отрицательными катализаторами. Все каталитические процессы с учетом их специфичности можно разбить на три группы. [c.616]

    Понятием катализ объединяются явления, иногда сильно различные по форме (механизму) действия катализаторов. [c.492]

    Принятие движения атомов в молекулах гипотетично и поэтому не может быть пригодно для определения понятия катализ… Катализатором является любое вещество, которое, не появляясь в продуктах химической реакции, изменяет ее скорость . [c.10]

    Данная книга построена таким образом, что ее могут использовать химики-органики в практической работе. С этой целью приводятся типичные экспериментальные методики наиболее часто применяемых МФК-реакций, а для менее важных реакций по возможности также приводятся имеющиеся данные об условиях их проведения. Поскольку эту новую область химии активно изучают в различных аспектах и поскольку многие плоды этой работы еще не собраны, то все последующее изложение представляет читателю не последнюю стадию развития данного метода, а скорее введение в него. Основные понятия МФК приводятся во введении к гл. 1. Затем излагаются общие фундаментальные данные об ионных парах и факторах, влияющих на экстракционные равновесия в системе водная фаза/органическая фаза. В гл. 2 обсуждаются различные варианты механизма МФК, включая оценку роли катализаторов и отличие межфазного катализа от мицеллярного. Основное содержание книги —гл. 3 — представляет собой изложение данных о практическом использовании МФК. Весь материал сгруппирован по типам реакций, даны обзорные таблицы и подробные методики проведения типичных, практически важных реакций. [c.10]

    Ниже приводитс