+7 495 665 08 52

+7 495 508 19 83

Что такое катализ


Катализ и катализаторы - Энциклопедия wiki.MPlast.by

Катализ – это процесс изменения скорости химической реакции при помощи катализатороввеществ, принимающих участие в химической реакции, но в состав конечных продуктов не входящих и в результате реакции не расходующихся.

Одни катализаторы ускоряют реакцию (положительный катализ), другие – замедляют (отрицательный катализ). Отрицательный катализ называют ингибированием, а катализаторы, понижающие скорость химической реакции – ингибиторами.

Различают гомогенный и гетерогенный катализ.

Гомогенный катализ.

При гомогенном (однородном) катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в одинаковом агрегатном состоянии и между ними отсутствует поверхность раздела. Пример гомогенного катализа – реакция окисления SO2 и SO3 в присутствии катализатора NO (реагирующие вещества и катализатор являются газами).

Гетерогенный катализ.

В случае гетерогенного (неоднородного) катализа реагирующие вещества и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях и между ними существует поверхность (граница) раздела. Обычно катализатор – твердое вещество, а реагирующие вещества – жидкости или газы. Пример гетерогенного катализа – окисление NN3 до NO в присутствии Pt (катализатор – твердое вещество).

Механизм действия катализаторов

Действие положительных катализаторов сводится к понижению энергии активации реакции Еа(исх), действие ингибиторов – противоположное.

Так, для реакции 2HI = H2+I2 Еа(исх)=184 кДж/моль. Когда же эта реакция протекает в присутствии катализатора Au или Pt, то Еа(исх)=104 кДж/моль, соответственно.

Механизм действия катализатора при гомогенном катализе объясняется образованием промежуточных соединений между катализатором и одним из реагирующих веществ. Далее промежуточное соединение реагирует со вторым исходным веществом, в результате чего образуется продукт реакции и катализатор в первоначальном виде. Так как скорость обоих промежуточных процессов значительно больше скорости прямого процесса, то реакция с участием катализатора протекает значительно быстрее, чем без него.

Например, реакция:

SO2 +1/2 O2 = SO3 протекает очень медленно, а если использовать катализатор NO

то реакции NO +1/2О2 = NO2 и NO2 +SO2 = SO3 +NO протекают быстро.

Механизм действия катализатора при гетерогенном катализе иной. В этом случае реакция протекает вследствие адсорбции молекул реагирующих веществ поверхностью катализатора (поверхность катализатора неоднородна: на ней имеются так называемые активные центры, на которых и адсорбируются частицы реагирующих веществ.). Увеличение скорости химической реакции достигается, в основном, за счет понижения энергии активации адсорбированных молекул, а также, отчасти, за счет увеличения концентрации реагирующих веществ в местах, где произошла адсорбция.

Каталитические яды и промоторы.

Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность катализатора, такие вещества называют каталитическими ядами. Например, небольшие примеси серы (0,1%) полностью прекращает каталитическое действие металлического катализатора (губчатого железа), использующегося при синтезе аммиака. Вещества, повышающие активность катализатора, называют промоторами. Например, каталитическая активность губчатого железа значительно возрастает при добавлении примерно 2% метаалюмината калия KAlO2.

Применение катализаторов

Действие катализатора избирательно и специфично. Это означает, что, применяя различные катализаторы, из одних и тех же веществ можно получить различные продукты. Это особенно характерно для реакций органических веществ. Например, в присутствии катализатора AlO3 происходит дегидратация этилового спирта, в присутствии Cu – дегидрирование:

Биологические катализаторы, принимающие участие в сложных химических превращениях, протекающих в организме, называются ферментами.

Катализаторы широко используются в производстве серной кислоты, аммиака, каучука, пластмасс и др. веществ.


 

Автор: Метельский А.В
Источник: Метельский А.В., Химия в Экзаменационных вопросах и ответах, Минск, изд. «Беларуская энцыклапедыя», 1999 год
Дата в источнике: 1999 год

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Катализатор - это изменение скорости (скорости) химической реакции с помощью катализатора. В отличие от других химических веществ, которые принимают участие в реакции, катализатор не расходуется самой реакцией. Катализатор может участвовать во многих химических реакциях. Катализаторы, которые ускоряют реакцию, называют положительными катализаторами. Катализаторы, которые замедляют реакцию, называют отрицательными катализаторами или ингибиторами. Вещества, которые повышают активность катализаторов, называют промоторами, а вещества, которые дезактивируют катализаторы, называют каталитическими ядами.

Катализатор - это то, что изменяет скорость химической реакции. Примером является случай, когда оксид марганца (MnO 2 ) добавляется к перекиси водорода (H 2 O 2 ), и перекись водорода начинает распадаться на воду и кислород. Катализаторы имеют природное или синтетическое происхождение. Катализаторы полезны, потому что они не оставляют следов в ускоренном растворе. Катализатор также можно использовать в реакции снова и снова, поскольку он не израсходован.В нашем организме много катализаторов, которые играют важную роль во многих биохимических реакциях. Это так называемые ферменты. Большинство катализаторов работают за счет снижения «энергии активации» реакции. Это позволяет использовать меньше энергии, тем самым ускоряя реакцию. Противоположностью катализатора является ингибитор . Ингибиторы замедляют реакции. Некоторые из них находятся в змеином яде и опасны для нашей нервной системы или сердца.

,

Что такое катализ?

Эти микроорганизмы используются для биологической очистки сточных вод и являются хорошим примером силы катализа, говорит Брюс Риттманн, профессор гражданского строительства. Красные порции плотно упакованы кластеры бактерий, которые окисляют аммоний, который является загрязнителем, превращая его в нитрит.Зеленые части представляют собой более мелкие бактериальные скопления. которые окисляют нитрит, превращая его в менее вредный нитрат.

Что такое катализ?

Катализ - это химическая реакция, вызванная катализатором. Катализатор это химическая версия "сваха", потому что это физически объединяет два химических вещества таким образом, что их шанс на реакцию максимизируется.

Тем не менее, катализаторы не могут найти соответствие между химическими веществами, если нет "химия." Вместо этого они дают возможность реакции на происходит быстрее, достаточно быстро, чтобы использоваться для очистки окружающей среды или производства химический продукт.

Катализаторы принимают различные формы. Некоторые пористые твердые вещества, такие как платина, сетки из родия и палладия, которые удаляют оксид азота из автомобиля выхлопные газы. Другие белковые молекулы, называемые ферментами, которые содержатся в микроорганизмах.Третьи - это встречающиеся в природе твердые вещества, такие как марганец или железоокиси. Неважно, какова структура катализатора, это ускоряет реакции, не изменяя себя.

Сильный костюм Центра Катализа и Поверхностных Наук и Институт экологического катализа является экспертизой и научным интуиция его исследователей. Они включают в себя экспериментаторов, которые используют различные методы изучения атомной структуры катализаторов и теоретиков, кто тестирует и моделирует экспериментальные результаты.

Например, используя передовые методы электронной микроскопии, Лоуренс Маркс, профессор материаловедения и инженерии, и Винаяк Дравид, доцент кафедры материаловедения и инженерии, сфотографировать электронная структура катализаторов, вплоть до нанометра. Скаутинг отдельный след, Питер Лестница, профессор химии; Эрик Вельц, профессор химии; и Рэндалл Снурр, доцент химического машиностроения, карта что происходит со временем - с побочными продуктами реакции, а также оригинальные химикаты.

Линда Бродбелт, доцент химического машиностроения; Дональд Эллис, профессор химии и физики и астрономии; Snurr; и Роберт Чжоу, в UOP LLC в Des Plaines, штат Иллинойс, моделирует эти атомные и субатомные изменения на компьютерах, сбор информации о кластерах и как их электроны ведут себя.

- М.М.

ВОЗВРАЩАЕТСЯ В ХАРАКТЕР ИСТОРИИ

катализ | Химия, классификация и химические реакции

Катализатор , в химии, изменение скорости химической реакции, обычно ускорение, путем добавления вещества, не потребляемого во время реакции. Скорости химических реакций, то есть скорости, при которых они происходят, зависят от ряда факторов, включая химическую природу реагирующих частиц и внешние условия, которым они подвергаются. Особый феномен, связанный со скоростями химических реакций, который представляет большой теоретический и практический интерес, - это катализ, ускорение химических реакций веществами, не потребляемыми в самих реакциях, - веществами, известными как катализаторы.Изучение катализа представляет теоретический интерес из-за того, что он показывает о фундаментальной природе химических реакций; на практике изучение катализа важно, потому что многие промышленные процессы зависят от катализаторов для их успеха. По сути, своеобразный феномен жизни вряд ли возможен без биологических катализаторов, называемых ферментами.

наночастицы: перекись водорода Наночастицы сплава золото-палладий (желто-синий), нанесенные на обработанный кислотой углерод (серый цвет), непосредственно катализирующий образование перекиси водорода из водорода (белый) и кислорода (красный) при отключении нежелательной перекиси водорода разложение. Фото любезно предоставлено доктором Дэвидом Дж. Виллоком, Университет Кардиффа,

. В катализируемой реакции катализатор обычно вступает в химическую комбинацию с реагентами, но в конечном итоге регенерируется, поэтому количество катализатора остается неизменным. Поскольку катализатор не расходуется, каждая молекула катализатора может вызывать превращение многих молекул реагентов. Для активного катализатора число молекул, превращаемых в минуту одной молекулой катализатора, может достигать нескольких миллионов.

Когда данное вещество или комбинация веществ претерпевает две или более одновременных реакций, которые дают разные продукты, на распределение продуктов может влиять использование катализатора, который избирательно ускоряет одну реакцию относительно другой (других). Выбирая подходящий катализатор, можно проводить определенную реакцию, практически исключая другую. Многие важные применения катализа основаны на селективности такого рода.

Поскольку обратная химическая реакция может протекать путем изменения этапов, составляющих механизм прямой реакции, катализатор для данной реакции одинаково ускоряет реакцию в обоих направлениях.Следовательно, катализатор не влияет на положение равновесия химической реакции; это влияет только на скорость, с которой достигается равновесие. Очевидными исключениями из этого обобщения являются те реакции, в которых один из продуктов также является катализатором реакции. Такие реакции называются автокаталитическими.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Известны также случаи, когда добавление постороннего вещества, называемого ингибитором, снижает скорость химической реакции.Это явление, правильно обозначаемое как торможение или замедление, иногда называют отрицательным катализом. Концентрации ингибитора в некоторых случаях могут быть намного ниже концентраций реагентов. Ингибирование может быть вызвано (1) уменьшением концентрации одного из реагентов из-за комплексообразования между реагентом и ингибитором, (2) снижением концентрации активного катализатора («отравление» катализатора) из-за комплексообразование между катализатором и ингибитором или (3) прекращение цепной реакции из-за разрушения носителей цепи ингибитором.

История

Термин катализ (от греческого ката-, «вниз» и lyein , «ослаблен») был впервые использован великим шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом в 1835 году для сопоставления группы наблюдений, сделанных другими химики в конце 18 и начале 19 веков. К ним относятся усиленное превращение крахмала в сахар кислотами, впервые наблюдавшееся Gottlieb Sigismund Constantin Kirchhoff; Наблюдения сэра Хамфри Дэви о том, что платина ускоряет сжигание различных газов; обнаружение стабильности перекиси водорода в кислотном растворе, но ее разложение в присутствии щелочи и таких металлов, как марганец, серебро, платина и золото; и наблюдение, что окисление спирта в уксусную кислоту осуществляется в присутствии тонкоизмельченной платины.Агенты, способствующие этим различным реакциям, были названы катализаторами, и Берцелиус предположил, что в таких процессах действует особая неизвестная каталитическая сила.

В 1834 году английский ученый Майкл Фарадей проверил способность платиновой пластины выполнять рекомбинацию газообразного водорода и кислорода (продуктов электролиза воды) и замедлять эту рекомбинацию в присутствии других газов, таких как этилен и монооксид углерода. Фарадей утверждал, что важной для деятельности является идеально чистая металлическая поверхность (на которой замедляющие газы могут конкурировать с реагирующими газами и, таким образом, подавлять активность), концепция, которая позднее будет показана как общая для катализа.

Многие из первобытных технических искусств включали бессознательное применение катализа. Ферментация вина до уксусной кислоты и производство мыла из жиров и щелочей были известны в ранней истории человека. Серная кислота, полученная путем обжига смесей серы и нитра (нитрата натрия), была ранним предшественником процесса производства серной кислоты в свинцовой камере, в котором окисление диоксида серы ускорялось путем добавления оксидов азота. (Механизм для последнего процесса был предложен сэром Хэмфри Дэви в 1812 году на основе экспериментов, проведенных другими.)

В 1850 году понятие скорости реакции было разработано в ходе исследований гидролиза или инверсии тростникового сахара. Термин инверсия относится к изменению вращения, которому подвергается монохроматический свет при прохождении через реакционную систему, параметр, который легко измеряется, облегчая тем самым изучение реакции. Было обнаружено, что в любой момент скорость инверсии была пропорциональна количеству тростникового сахара, подвергающегося трансформации, и что скорость увеличивалась благодаря присутствию кислот.(Позже было показано, что скорость инверсии была прямо пропорциональна силе кислоты.) Эта работа была частично предшественником более поздних исследований скорости реакции и ускоряющего влияния более высокой температуры на эту скорость Дж.Х. Ван'т Хофф, Сванте Аррениус и Вильгельм Оствальд, каждый из которых играл ведущую роль в развитии науки физической химии. Работа Оствальда по скоростям реакций привела его в 1890-х годах к определению катализаторов как веществ, которые изменяют скорость данной химической реакции без изменения энергетических факторов реакции.

Это утверждение Оствальда было запоминающимся достижением, поскольку оно подразумевало, что катализаторы не изменяют положение равновесия в реакции. В 1877 году Жорж Лемуан показал, что разложение водородной кислоты до водорода и йода достигает одной и той же точки равновесия при 350 ° C (660 ° F), 19 процентов, независимо от того, проводилась ли реакция быстро в присутствии платиновой губки или медленно в газовая фаза. Это наблюдение имеет важное следствие: катализатор для прямого процесса в реакции также является катализатором для обратной реакции.P.E.M. Бертело, выдающийся французский химик, подтвердил это наблюдение в 1879 году жидкими системами, когда обнаружил, что реакция органических кислот и спиртов, называемая этерификацией, катализируется присутствием небольших количеств сильной неорганической кислоты, так же как и обратное. процесс, гидролиз сложных эфиров (реакция между эфиром и водой).

Преднамеренное применение катализаторов для промышленных процессов было предпринято в 19 веке. П. Филлипс, английский химик, запатентовал использование платины для окисления диоксида серы до триоксида серы с воздухом.Его процесс использовался какое-то время, но был остановлен из-за потери активности платиновым катализатором. Яды в реагентах впоследствии были признаны ответственными, и этот процесс стал техническим успехом на рубеже 20-го века. В 1871 году был разработан промышленный процесс окисления соляной кислоты до хлора в присутствии солей меди, пропитанных глиняным кирпичом. Полученный хлор использовали в производстве отбеливающего порошка (сухое вещество, которое выделяет хлор при обработке кислотой) по реакции с известью.Опять же, в этой реакции было отмечено, что одинаковое равновесие было достигнуто в обоих направлениях. Кроме того, было обнаружено, что чем ниже температура, тем больше равновесное содержание хлора; рабочая температура 450 ° C (840 ° F) дает максимальное количество хлора в удобное время.

К концу XIX века классические исследования известного французского химика Пола Сабатье о взаимодействии водорода с широким спектром органических соединений были проведены с использованием различных металлических катализаторов; это исследование привело к разработке немецкого патента на гидрирование жидких ненасыщенных жиров до твердых насыщенных жиров с никелевыми катализаторами.Развитие трех важных немецких каталитических процессов оказало большое влияние на промышленность в конце 19-го века и в первые десятилетия 20-го. Одним из них был так называемый контактный процесс для каталитического производства серной кислоты из диоксида серы, получаемого в процессе плавки. Другим был каталитический метод получения синтетического красителя индиго. Третий - каталитическая комбинация азота и водорода для производства аммиака - процесс Хабера-Боша для фиксации азота - разработанный химиками Фрицем Хабером и Карлом Бошем.


Смотрите также

тел. (495) 665 08 52

тел. (495) 508 19 83

ооо «автопроект» 2005 - 2019