Гетерогенный катализ

Гетерогенным называют катализ, при котором катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах.

Процесс идет на границе раздела фаз. Обычно катализатор представляет собой твердое вещество, а реагенты находятся в газе или жидкости.

Механизмы действия гетерогенных катализаторов включают в себя следующие основные стадии:

1) движение реагирующих веществ к поверхности катализатора;

2) адсорбцию реагентов поверхностью катализатора;

3) взаимодействие реагентов на поверхности;

4) десорбцию продуктов реакции с освобождением поверхности катализатора;

5) отвод продуктов реакции из реакционной зоны.

В зависимости от условий проведения процесса и его особенностей лимитирующей может оказаться любая из этих стадий.

Адсорбция может способствовать разрыхлению и поляризации определенных химических связей, активировать реагирующие молекулы, обеспечивая на поверхности катализатора их благоприятную взаимную ориентацию в течение времени, необходимого для взаимодействия.

Активность гетерогенного катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. Количество активных центров (участков, на которых обеспечиваются оптимальные условия реакции) определяется составом поверхностного слоя, способом приготовления катализатора и обработки его поверхности. Обычно применяют тонко измельченные порошки, пористые структуры с высокоразвитой поверхностью, в том числе пористые носители с нанесенным слоем катализатора.

Во многих случаях гетерогенный катализ протекает с помощью переходных металлов и их соединений (Pt, Pd, Rh, Fe, Ni, CuO, V₂O₅, NiO, Fe₂O₃, Cr₂O₃ и др.).

Примерами гетерогенного катализа являются вышерассмотренная реакция окисления диоксида серы SO₂ до триоксида SO₃, но уже в присутствии твердого катализатора V₂O₅ или Pt

2SO₂(г) + O₂(г) 2SO₃(г)

или реакция синтеза аммиака

N₂ (г) + 3H₂ (г) 2 NH₃ (г).

Гетерогенный катализ удобен тем, что катализатор не смешивается с реагентами, поэтому не возникает проблемы отделения его от продуктов реакции. Но с течением времени активная поверхность твердых катализаторов может измениться.