Гетерогенді катализ

Гетерогенді катализде берілген реакцияға ќатты фазаныњ бетінде яѓни єрт‰рлі фазалар аралыѓында µтуінде. Гетерогенді катализдіњ негізінен екі т‰рі бар: а) катализатор ќатты, ал реакцияѓа т‰сетін жєне реакциядан шыѓатын заттар газдар; б) катализатор ќатты, реакцияѓа т‰сетін жєне шыѓатын заттар с±йыќтар.

Катализатордың активтілігі деп реакция жылдамдыѓыныњ катализатор ќатысында ќанша µсетінін кµрсететін шаманы айтады. Катализатордыњ активтігілігі дейтін шама гомогенді жєне гетерогенді катализдерде єр т‰рлі сипатталады.

Гомогенді катализде катализатор активтілігі оныњ айналым санымен (n_К) µлшенеді. Катализатордыњ айналым саны деп уаќыт бірлігінде (1 сек, 1 мин, 1 саѓ т.с.с.) бір активті центрде іске асырылатынын циклдер санын айтады.

Катализатордыњ айналым саны реакция жылдамдыѓыныњ катализатор концентрациясына ќатынасына тењ:

Гетерогенді катализде айналым санын аныќтау іс ж‰зінде м‰мкін емес, сондыќтан, м±нда катализатордыњ активтілігін жылдамдыќтыњ катализатор бетіне (S) ќатынасы бойынша аныќтайды.

Гетерогенді катализде катализаторларды бір-бірімен салыстырѓанда олардыњ активтіліктерін емес, - ќатынастарын салыстырады (типтес реакциялар ‰шін), м±ндаѓы K_kaт- реакцияның катализатор ќатысындаѓы жылдамдыќ константасы, К-катализатор ќатысынсыз жылдамдыќ константасы.

А + В ®С реакциясыныњ жылдамдыѓы катализатор ќатысында ќаншама µскенін білу ‰шін жазамыз:

, м±ндаѓы А_0,kat, жєне А₀ – катализатор ќатысында жєне ќатысынсыз ж‰ретін реакциялар ‰шін Аррениус тењдеуіндегі экспонента алдындаѓы кµбейткіштер.

Шартты т‰рде , м±нда .

Тµмендегі кестені ќарастырайыќ.

Pеакция	Еa, кДж/моль	Kaтализатор	Еa kaт, кДж/моль	DE, кДж/моль
2SO2+O2®2SO3		Pt
2NH3®3H2+N2		W
2HІ®H2+І2		Pt

Кестеден гетерогенді катализдік реакциялардыњ жылдамдыѓыныњ µсуі гомогенді катализді реакциялар сияќты, Е_а мєнініњ азаюымен, DE - ніњ кµбеюімен байланысты болатынын кµреміз, біраќ кейбір айырмашылыќтары да болады, оны төменде қарастырамыз.

Фазалар арасында ж‰ретін кез келген реакция мынадай сатылардан т±рады: диффузия, адсорбция, химиялыќ реакция, десорбция жєне реакция µнімініњ ќатты фазадан ажырауы. Б±л сатылардыњ кез келгені шектеуші саты болып, жалпы жылдамдыќты аныќтауы м‰мкін. Барлыќ сатылардыњ ішінде адсорбция сатысыныњ мањызы ‰лкен.

Адсорбция - бµлшектердіњ ќатты фазаныњ беттік ќабатына µздігінен бетімен тартылып жиналуы. Адсорбция табиѓатына байланысты 2 топќа бµлінеді: физикалык, химиялык.

Физикалыќ жєне химиялыќ адсорбциялар бір-бірімен тыѓыз байланысты, олар температура мен ќысымѓа байланысты бір-біріне айналуы м‰мкін.

Кез келген гетерогенді катализдік реакцияныњ жоѓарыда келтірілген сатыларыныњ барлыѓы реакция барысында энергияныњ µзгерісін сипаттайды.

.Сонда , яѓни гетерогенді катализдік реакцияларда катализатордыњ єсері аралыќ активті комплекстіњ катализатор бетіне экзотермиялыќ адсорбциялануы нєтижесінде бµлінетін жылумен () байланысты, кµп болѓан сайын К_кат шамасы да кµп.

Гомогенді катализде гетерогенді катализдегі катализатордыњ єсері активтену энергиясын азайтуымен байланысты, ал гетерогенді катализдіњ гомогенді катализден ерекшелігі - аралыќ активті комплекстіњ қатты катализатор бетіне адсорбцияланып ж‰йеге ќосымша жылу энергиясын (DH_адс) беруінде.