Химиялық термодинамиканың негізі § термодинамиканың бірінші заңы термодинамикалық түсініктер мен анықтамалар
жүктеу/скачать 0,9 Mb.
|
Микро сож соож
| § 8. ГЕТЕРОГЕНДІ КАТАЛИЗ
Гетерогенді катализ деп әрекеттесетін реагент пен ондағы катализатор әр түрлі фазада болатын реакцияларды айтады. Гетерогенді катализде катализатор қатты зат, ал реагенттер не сұйық, не газды күйінде болады. Мүндай реакциялар екі фаза аралығында, яғни фазалық бетте, катализатордың бетінде жүреді. Гетерогенді катализде катализатор болатын заттың қасиеті, табиғи ерекшелігі мен құрылысы, химиялық құрамы мен беттік сипатынын, маңызы зор. Мысалы, платина пластинасын сутек пероксидіне ба-тырса, онда ешбір өзгеріс байқалмайды. Ал осы пластина бетін қырып, сосын сутек пероксидіне батырса, реакцияның едәуір жылдам жүретіні соншама, оттектің бөлінгені көпіршік түрінде көрінеді. Платинаны ұсақтап қолданса, реакция жылдамдығы күрт жоғарылайды. Енді сутек пероксидіне платинаны коллоидты өлшемдегідей етіп ұнтақтап салса, реакция қопарылыспен аяқталады. Әдетте барлық гетерогенді каталиттік реакциялар олар өте қарапайым болса да, бірнеше сатыдан тұратын реакциялар арқылы жүреді: әрекеттесуші молекулалардың өзара жақындасуы; молекулалардың катализатордағы активтілік орталығына бағытталуы; әрекеттесетін молекуланың адсорбциялануы; молекулалардың химиялық өзгеруі; реакция өнімінің десорбциялануы; өнімнін, катализатор бетінен алыстауы. Жалпы катализдегідей бұл процесте катализатордың активтілігі концентрацияға, температураға, қысымға, әрекеттесетін реагенттер мен катализатордың химиялық құрамына, тағы да басқаларға байланысты болады (олар таңдамалы қасиетпен әсер етеді). Қазір жүздеген, мыңдаған каталиттік реакциялар кеңінен зерттеліп, сипаты жағынан топтастырылған, олардың біразы өндірісте негізгі технологиялық процестерде қолданылады. Гетерогенді катализдің механизмі мен себептерін түсінуде көптеген тәжірибе кезінде жинақталған мәліметтерге негізделген екі жайдың маңызы зор: катализатор бетіне (үстіне) әрекеттесетін реагенттің адсорбциялануы; каталиттік реакцияларға катализатордың беті түгелдей қатынаспай, тек активті орталық деп аталатын жекеленген шағын бөлшектерден тұратын, аса көп емес бөлігінің ғана әрекеттесуі. Демек адсорбция гетерогенді катализдегі бірден-бір маңызды, негізгі сатылардың бірі екен. Осындай адсорбция кезінде катализатордың беткі қабатында орналасқан молекулалардың структуралық құрамы өзгеріп, олардың реакцияға түсу қабілеті артады. Мұндай катализатор бетіне адсорбцияланған молекулалардың химиялық байланыстары әлсіреп, өздерінің құрылымын өзгертуі хемосорбция кезінде байқалады. Олай болса, осындай жағдайдағы гетерогенді катализдің механизмін хемосорбция анықтайды екен. Катализатордың беткі қабатына хемосорбцияланған реагенттің мономолекуладан тұратын қабаты ерекше сипатталатын аралық қабат ретінде қарастырылады және ол өте тұрақсыз болғандықтан да реакцияға түсуге қабілеті жоғары болады. Осылайша гетерогенді катализ кезінде катализатордың беткі қабатында аралық қосылыстар пайда болып тұрады. Активті орталықтардың болуы тікелей және жанама алынған деректер ар-қылы дәлелденеді. Катализаторлардың улануы үшін удың өте аз мөлшері жеткілікті. Катализатор бетінің тегіс активті емес екені уланған бөліктердің түрінен де, рентгенографиялық әдістің талдауынан да, электронды микроскоп мәліметінен де анық көрінеді. Осы активті орталықтарда аса күшті теңестірілмеген электр өрісі болатындықтан, заттар негізінен осындай жерлерге адсорбцияланады. Адсорбциялы гетерогенді катализдің барлық теориялары ондағы активті орталықтың маңызы мен құрылысын, сондай-ақ ондағы молекулалардың энергетикалық күйін анықтауға бағытталады. Қатты катализаторлардың беткі қабатындағы активті орталықтардың пайда болуы оның беткі қабатының мүлдем тегіс болмауымен түсіндіріледі. Мысалы, өте мұқият тегістеліп әзірленген мыс, никель, күміс, алтын, платина сияқты металдардың бетін электронды микроскоп көмегімен әлденеше мыңдаған рет үлкейтіп, кескінін суретке түсіргенде, беттері биіктігі 10~9 м шамасындағы істік тісшелер мен бұдырлардан тұратыны байқалады. Мұндағы осы істік тісшелердің ұшына орналасқан қатты катализаторлардың атомдары тұрақсыздау болғандықтан, олар активті орталыққа айналып, ішкі қабат пен шұқыршаларға орналасқан атомдар тұрақты, оларға реагент әсер етпегендіктен де активсіз. Олай болса, осындағы активті атомдарда еркіндік күштің өрісі молырақ болғандықтан, онда әрекеттесуші молекулалар адсорбцияланады. жүктеу/скачать 0,9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|