§ 28. ГЕТЕРОГЕНДІ КАТАЛЛИЗ

§ 28. ГЕТЕРОГЕНДІ КАТАЛЛИЗ

Гетерогенді катализ деп әрекеттесетің реагент пен ондағы ка-тализатор әр түрлі фазада болатын реакцияларды айтады. Гете-рогенді катализде катализатор қатты зат, ал реагенттер не сұйық, не газды ^үйшде болады. Мұндай реакциялар екі фаза аралығын-да, ягңи фазалық бетте, катализатордың бетшде жүреді. Гетеро-генді катализде кагализатор болатын заттың қасиеті, табиғи ерек-шелігі 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 жыл-дам жүретіні соншама, оттектің бөлінгені көпіршік түрінде көрше-ді. Платинаны ұсақтап қолданса, реакция жылдамдығы күрт жо-ғарылайды. Енді сутек пероксидіне платинаны коллоидты өлшем-дегідей етіп ұнтақтап салса, реакция қопарылыспен аяқталады.

Әдетте барлық гетерогенді каталиттік реакциялар олар өте карапайым болса да, бірнеше сатыдан тұратын реакциялар арқы-лы жүреді- әрекеттесуші молекулалардың өзара жақындасуы; мо-лекулалардың катализатордағы активтілік орталығына бағытта-луы, әрекеттесетін молекуланың адсорбциялануы; молекулалар-дың химиялық өзгеруі; реакция өнімінің десорбциялануы; өнімнің катализатор бетінен алыстауы.

Жалпы катализдегідей бұл процесте катализатордың активті-лігі концентрацияға, температураға, қысымға, әрекеттесетін реа-генттер мен катализатордық химиялық құрамына, тагы да басқа-ларға байланысты болады (олар таңдамалы қасиетпен әсер етеді).

Қазір жүздеген, мыңдаған каталиттік реакциялар кеңінен зерт-теліп, сипаты жағынан топтастырылған, олардьщ біразы өндірісте-негізгі технологиялық процестерде қолданылады.

Гетерогенді катализдің механизмі мен себептерін түсінуде көп-теген тәжірибе кезінде жинақталған мәліметтерге негізделген екі жайдың маңызы зор: катализатор бетіне (үстіне) әрекеттесетін реагенттің адсорбциялануы; каталиттік реакцияларға катализа-тордың беті түгелдей қатынаспай, тек активті орталық деп атала-тын жекеленген шағын бөлшектерден түратын, аса көп емес бөлі-гінің ғана әрекеттесуі. Демек адсорбция гетерогенді катализдегі бірден-бір маңызды, негізгі сатылардын, бірі екен. Осындай ад-сорбция кезінде катализатордың беткі қабатында орналасқан мо-лекулалардың структуралық қүрамы өзгеріп, олардың реакцияға түсу қабілеті артады. Мұндай катализатор бетіне адсорбциялан-ған молекулалардың химиялық байланыстары әлсіреп, өздерінін, кұрылымын өзгертуі хемосорбция кезінде байқалады. Олай болса, осындай жағдайдағы гетерогенді катализдің механизмін хемосорб-ция анықтайды екен. Катализатордың беткі қабатына хемосорб-цияланған реагенттін, мономолекуладан түратын қабаты ерекше сипатталатын аралық қабат ретінде қарастырьілады және ол өте тұрақсыз болғандықтан да реакцияға түсуге қабілеті жоғары бо-лады. Осылайша гетерогенді катализ кезінде катализатордың бет-

149

кі қаоатында аралык қосылыстар пайда болып тұрады. Активті орталықтардың болуы тікелей және жанама алынған деректер ар-қылы дәлелденеді. Катализаторлардын, улануы үшін удың өте аз. мөлшері жеткілікті. Катализатор бетінің тегіс активті емес екені уланған бөліктердің түрінен де, рентгенографиялық әдістің тал-дауынан да, электронды микроскоп мәліметінен де анық көрінеді. Осы активті орталықтарда аса күшті теңестірілмеген электр өрісі болатындықтан, заттар негізінен осындай жерлерге адсорбцияла-нады. Адсорбциялы гетерогенді катализдің барлық теориялары ондағы активті орталықтың маңызы мен құрылысын, сондай-ақ ондағы молекулалардың энергетикалық күйін анықтауға бағытта-лады.

Қатты катализаторлардың беткі қабатындағы активті орталық-тардың пайда болуы оның беткі кабатының мүлдем тегіс болмауы-мен түсіндіріледі. Мысалы, өте мұқият тегістеліп әзірленген мыс, никель, күміс, алтын, платина сиякты металдардың бетін элек-тронды микроскоп көмегімен әлденеше мыңдаған рет үлкейтіп, кескінін суретке түсіргенде, беттері биіктігі І0~⁹ м шамасындағы істік тісшелер мен бұдырлардан тұратыны байқалады. Мұндағы осы істік тісшелердің ұшына орналасқан қатты катализаторлар-дың атомдары тұрақсыздау болғандықтан, олар активті орталық-қа айналып, ішкі кабат пен шұқыршаларға орналасқан атомдар тұрақты, оларға реагент әсер етпегендіктен де активсіз. Олай бол-са, осындағы активті атомдарда еркіндік күштің өрісі молырак, болғандықтан, онда әрекеттесуші молекулалар адсорбцияланадьь