Механизм действия катализатора

10. Каталитические процессы. Энергетические диаграммы каталитических процессов. Катализатор. Механизм действия катализатора.

Каталитические процессы в настоящее время составляют основу химической технологии. Причем область их применения расширяется: около 90 \% новых производств, освоенных за последние годы химической промышленностью, основаны на взаимодействии, протекающем в присутствии катализаторов. Под катализом понимают изменение скорости химических реакций под воздействием веществ – катализаторов, которые, участвуя в процессе, остаются после его окончания химически неизменными. Катализ называется положительным, если катализатор ускоряет реакции, и отрицательным, если скорость реакции под воздействием катализатора снижается. Катализатор – в-во, которое увеличивает скорость хим. реакции, а сам в конце и начале реакции остается в неизменном состоянии. Применение катализаторов облегчает практическое осуществление многих химических реакций; скорость некоторых из них увеличивается в тысячи и даже миллионы раз. Очень многие промышленные процессы удалось осуществить только благодаря применению катализаторов. К числу каталитических процессов относятся важнейшие крупнотоннажные производства, например, такие как получение водорода, аммиака, серной и азотной кислот и многих других важнейших химических продуктов. Особенно велико и разнообразно применение катализа в технологии органических веществ и в производстве высокомолекулярных соединений. Отрицательный катализ применяется значительно реже: катализаторы замедляющие скорость процесса называют также ингибиторами. Катализаторами могут быть вещества, находящиеся в любом из трех агрегатных состояний. К твердым катализаторам можно отнести металлы и их оксиды, например, железо Fe при синтезе аммиака, платину Pt при окислении аммиака, оксид ванадия V2O5 при окислении SO2, Al2O3 при крекинге нефтепродуктов и др. Жидкими катализаторами служат обычно кислоты и основания, например, серная кислота h3SO4 и фосфорная кислота Н3РО4 применяются при алкилировании ароматических углеводородов, при изомеризации, н-бутилена в изобутилен и др.Примером газообразных катализаторов может служить BF3 в процессах полимеризации некоторых углеводородов. Каталитические процессы можно разделить на две группы: гомогенные и гетерогенные. В гомогенно-каталитических реакциях реагирующие вещества и катализатор составляют одну фазу, а в гетерогенно-каталити-ческих реакциях – разные фазы. В особую группу выделены микрогетерогенные и ферментативные каталитические процессы. Микрогетерогенный катализ происходит в жидкой фазе с участием коллоидных частиц металлов в качестве катализаторов. Катализатор может состоять из одного вещ-ва, а может представлять собой систему веществ, иногда довольно сложную. Действие катализатора в процессе изменения исходной химической системы часто бывает двояким – ускоряющим и ориентирующим. Продолжительность работы катализатора ограничена. Причиной тому являются вторичные реакции, которые приводят к изменению катализатора и потере им своей активности и своей селективности. В большенстве случаев катализатор за время своей жизни успевает переработать кол-во продуктов, во много раз превосходящую его собственный вес.

Механизм действия катализатора, как ускорителя химической реакции, основан на: 1) явлении адсорбции ( поверхностное поглощение) катализатором реагирующих веществ, вследствие чего повышается их концентрация и 2) повышении химической активности адсорбированных молекул благодаря переходу их в возбужденное состояние, в результате чего резко возрастает доля успешных столкновений молекул реагирующих веществ и, соответственно, скорость химической реакции. Механизм действия катализаторов на кинетику химического процесса в настоящее время не может считаться окончательно выясненным. Проблема, связанная с раскрытием явлений, лежащих в основе каталитических процессов, оказалась очень сложной, и потребовалось много лет работы ряда ученых для того, чтобы более глубоко понять явление катализа.

11. Понятие о дисперсных системах и дисперсности. Классификация дисперсных систем.

Дисперсная  система – это система, в которой одно вещество распределено в среде другого, причем между частицами и дисперсионной средой есть граница раздела фаз. Дисперсные системы состоят из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсная фаза - это частицы, распределенные в среде. Ее признаки: дисперсность и прерывистость. Дисперсионная среда - материальная среда, в которой находится дисперсная фаза. Ее признак – непрерывность. Дисперсность - физическая величина, характеризующая размер взвешенных частиц в дисперсных системах.

Классификация дисперсных систем.

12. Классификация растворов. Способы выражения концентрации растворов (массовая доля, молярная, моляльная, эквивалентная концентрация, моляльная доля). Закон эквивалентов для растворов.

Классификация растворов: твердые (драг. камни), жидкие (ртуть + серебро), газооброзные.

Способы выражения концентрации растворов: 1. Массовая доля раств-го вещ-ва (%-я С); 2.Молярная концентрация (СM): ;; 3.Эквивалентная концентрация (нормальная С):;;; 4.Моляльная Сm: ;; Закон эквивалентов для растворов:

13 Коллигативные свойства растворов. Понижение температуры замерзания. Повышение температуры кипения. Закон Рауля.

Коллигативные свойства – это свойства растворов, зависящие от числа частиц растворенного вещества. К коллигативным свойствам растворов относят:

1) понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором,

2) понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с температурами замерзания и кипения чистых растворителей.

3) осмотическое давление.

Понижение температуры замерзания: ; - кристаллическая константа (из справочника)

Повышение температуры кипения: ;- эгулиоскопическая константа (из справочника)

Закон Рауля: – называют обсалютным понижением давления насыщенного пара растворителя над раствором, а отношение его к давлению насыщенного пара растворителя над чистым растворителем- относительным понижением. Из закона Рауля следует, что при некоторой температуре Т давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем всегда больше, чем над растворомР. Т.О. если растворить в воде какое-нибудь нелетучее вещество, то давление ее пара понизится. При этом разностьтем больше, чем выше концентрация растворенного вещества.

14. Произведение растворимости. Условия образования осадка.

Произведение растворимости (ПР, Ksp) — произведение концентраций ионов малорастворимого электролитав егонасыщенном растворепри постоянной температуре и давлении. Произведение растворимости — величина постоянная.

При постоянной температуре в насыщенных водных растворах малорастворимых электролитов устанавливается равновесиемежду твердым веществом и ионами, образующими это вещество. Например, в случае для CaCO3 это равновесие можно записать в виде:

CaCO3(s)⇌Ca2+(aq)+CO2−3(aq)

Константа этого равновесия рассчитывается по уравнению:

K={Ca2+(aq)}{CO2−3(aq)}{CaCO3(s)}.

В приближении идеального растворас учётом того, чтоактивностьчистогокомпонента равна единице, уравнение упрощается до выражения:

Ksp=[Ca2+(aq)][CO2−3(aq)].Константа равновесия такого процесса называется произведением растворимости.

Осадок - выделение в виде твердого в-ва из газа(пара), раствора илирасплаваодного или нескольких компонентов. Для этого создают условия, когда система из исходного устойчивого состояния переходит в неустойчивое и в ней происходит образование твердой фазы. Осаждение изпара(десублимация) достигается понижением температуры (напр., при охлаждении паровиодавозникаюткристаллыиода) или химических превращений паров, к которому приводят нагревание, воздействие радиации и т.д. Так, при перегревании паров белого фосфора образуется осадок красного фосфора; при нагревании паров летучих-дикетонатовметалловв присутствии О2 осаждаются пленки твердых оксидовметаллов.

Осаждения твердой фазы из растворов можно добиться различными способами: понижением температуры насыщенного раствора, удалением растворителя выпариванием(часто в вакууме), изменением кислотности среды, состава растворителя, например добавлением к полярному растворителю (воде) менее полярного (ацетон или этанол). Последний процесс часто называютвысаливанием. Широко применяют для осаждения различные химические реагенты-осадители, взаимодействующие с выделяемыми элементами с образованием малорастворимых соединений, которые выпадают в осадок. Например, при добавлении раствора ВаСl2 к раствору, содержащему серув виде SO2-4, образуется осадок BaSO4. Для выделения осадков из расплавов последние обычно охлаждают.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Механизм действия катализатора обычно объясняют образованием промежуточных соединений с одним из реагирующих веществ.  [1]

Механизмы действия катализаторов чрезвычайно многообразны. Решающим является влияние какого-либо вещества на энергию активации реакции, которую следует понимать как энергетический барьер между энергиями исходного и конечного состояний. Понижение энергии возможно, например, вследствие разделения процесса на две последовательно протекающие реакции, энергия активации которых меньше, чем энергия, активации общего процесса.  [2]

Механизм действия катализатора, как ускорителя химической реакции, основан на: 1) явлении адсорбции ( поверхностное поглощение) катализатором реагирующих веществ, вследствие чего повышается их концентрация и 2) повышении химической активности адсорбированных молекул благодаря переходу их в возбужденное состояние, в результате чего резко возрастает доля успешных столкновений молекул реагирующих веществ и, соответственно, скорость химической реакции.  [3]

Механизм действия катализаторов на кинетику химического процесса в настоящее время не может считаться окончательно выясненным. Проблема, связанная с раскрытием явлений, лежащих в основе каталитических процессов, оказалась очень сложной, и потребовалось много лет работы ряда ученых для того, чтобы более глубоко понять явление катализа.  [4]

Механизм действия катализатора в этой реакции пока еще не выяснен до конца. При добавлении скелетного никеля к оксиму или к растворам, содержащим оксим, наблюдается темнокрасное окрашивание, вызванное растворением никеля. Было показано, что после отделения нерастворившегося скелетного никеля растворенный ( то есть находящийся в виде комплексного соединения) металл способствует доведению реакции до конца.  [5]

Механизм действий катализаторов может быть очень сложным. Но всегда в присутствии катализатора реакция идет иначе, чем без него, через образование ряда промежуточных соединений. В каталитической реакции энергия активации даже самой медленной стадии меньше энергии активации некаталитической реакции, и общая скорость процесса возрастает. Так как энергия активации входит в показатель степени в уравнении Аррениуса, то даже сравнительно небольшое ее понижение ведет к сильному увеличению скорости.  [6]

Механизм действия катализатора в процессе синтеза аммиака может быть представлен как ряд элементарных актов: 1) диффузия азота и водорода из газового объема к поверхности зерна катализатора и в его порах; 2) активированная адсорбция азота и водорода поверхностью катализатора; 3) химическое взаимодействие азота и водорода через промежуточные соединения их с катализатором. В соответствии с представлениями электронной теории катализа водород передает свои электроны катализатору, а азот воспринимает их от катализатора, восстанавливая электронное равновесие. Перегруппировка поверхностных соединений N Кат и Н Кат проходит последовательно через низшие соединения азота с водородом: имид NH, амид Nh3 и, наконец, аммиак Nh4; 4) десорбция аммиака и диффузия его в газовый объем.  [7]

Механизм действия катализатора в процессе синтеза аммиака может быть представлен как ряд элементарных актов: 1) диффузия азота и водорода из газового объема к поверхности зерна катализатора и в его порах; 2) активированная адсорбция азота и водорода поверхностью катализатора; 3) химическое взаимодействие азота и водорода через промежуточные соединения их с катализатором. В соответствии с представлениями электронной теории катализа водород передает свои электроны катализатору, а азот воспринимает их от катализатора, восстанавливая электронное равновесие. Перегруппировка поверхностных соединений N Кат и Н Кат проходит последовательно через низшие соединения азота с водородом: имид NH, амид Nh3, и, наконец, аммиак NHa; 4) десорбция аммиака и диффузия его в газовый объем.  [8]

Механизм действия катализаторов основан на образовании с капролактамом или его анионом производного, содержащего полярный заместитель у атома азота в амидной группе капролактама.  [9]

Механизм действия катализаторов сложен и в средней школе не изучается. Суть влияния катализатора сводится к тому, что в присутствии катализатора реакция происходит по иному механизму, чем без него. Сам катализатор принимает участие только в образовании промежуточных соединений, которые в процессе реакции мгновенно разрушаются. Поэтому количество катализатора не изменяется в результате реакции. В некоторых случаях скорость реакции пропорциональна количеству катализатора.  [10]

Механизм действия катализатора обычно заключается в образовании промежуточных соединений с одним из участвующих в реакции веществ. Далее это промежуточное соединение реагирует с образованием конечных продуктов и свободного катализатора. Если энергия активации каждой из стадий меньше энергии активации реакции, идущей без катализатора, то процесс ускоряется.  [11]

Механизм действия катализаторов обычно объясняют образованием промежуточных соединений с одним из реагирующих веществ.  [12]

Механизм действия катализатора принципиально отличается от влияния температуры на скорость реакции. При повышении температуры скорость реакции возрастает вследствие увеличения концентрации активных молекул за счет поглощения энергии извне. Катализатор источником энергии не является и концентрацию активных молекул изменить не может. Роль катализатора сводится к тому, что в его присутствии энергия активации реакции снижается и, следовательно, скорость реакции возрастает. Так как катализатор снижает энергии активации прямой и обратной реакций на одинаковую величину, то смещения химического равновесия под влиянием катализатора не происходит.  [13]

Механизм действия катализаторов может быть различным. Одной из самых распространенных форм каталитического действия является образование катализатором промежуточных соединений с каким-нибудь из основных реагирующих веществ. Сущность этого механизма сводится к следующему.  [14]

Механизм действия катализаторов различен.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

10. Каталитические процессы. Энергетические диаграммы каталитических процессов. Катализатор. Механизм действия катализатора.

Каталитические процессы в настоящее время составляют основу химической технологии. Причем область их применения расширяется: около 90 \% новых производств, освоенных за последние годы химической промышленностью, основаны на взаимодействии, протекающем в присутствии катализаторов. Под катализом понимают изменение скорости химических реакций под воздействием веществ – катализаторов, которые, участвуя в процессе, остаются после его окончания химически неизменными. Катализ называется положительным, если катализатор ускоряет реакции, и отрицательным, если скорость реакции под воздействием катализатора снижается. Катализатор – в-во, которое увеличивает скорость хим. реакции, а сам в конце и начале реакции остается в неизменном состоянии. Применение катализаторов облегчает практическое осуществление многих химических реакций; скорость некоторых из них увеличивается в тысячи и даже миллионы раз. Очень многие промышленные процессы удалось осуществить только благодаря применению катализаторов. К числу каталитических процессов относятся важнейшие крупнотоннажные производства, например, такие как получение водорода, аммиака, серной и азотной кислот и многих других важнейших химических продуктов. Особенно велико и разнообразно применение катализа в технологии органических веществ и в производстве высокомолекулярных соединений. Отрицательный катализ применяется значительно реже: катализаторы замедляющие скорость процесса называют также ингибиторами. Катализаторами могут быть вещества, находящиеся в любом из трех агрегатных состояний. К твердым катализаторам можно отнести металлы и их оксиды, например, железо Fe при синтезе аммиака, платину Pt при окислении аммиака, оксид ванадия V2O5 при окислении SO2, Al2O3 при крекинге нефтепродуктов и др. Жидкими катализаторами служат обычно кислоты и основания, например, серная кислота h3SO4 и фосфорная кислота Н3РО4 применяются при алкилировании ароматических углеводородов, при изомеризации, н-бутилена в изобутилен и др.Примером газообразных катализаторов может служить BF3 в процессах полимеризации некоторых углеводородов. Каталитические процессы можно разделить на две группы: гомогенные и гетерогенные. В гомогенно-каталитических реакциях реагирующие вещества и катализатор составляют одну фазу, а в гетерогенно-каталити-ческих реакциях – разные фазы. В особую группу выделены микрогетерогенные и ферментативные каталитические процессы. Микрогетерогенный катализ происходит в жидкой фазе с участием коллоидных частиц металлов в качестве катализаторов. Катализатор может состоять из одного вещ-ва, а может представлять собой систему веществ, иногда довольно сложную. Действие катализатора в процессе изменения исходной химической системы часто бывает двояким – ускоряющим и ориентирующим. Продолжительность работы катализатора ограничена. Причиной тому являются вторичные реакции, которые приводят к изменению катализатора и потере им своей активности и своей селективности. В большенстве случаев катализатор за время своей жизни успевает переработать кол-во продуктов, во много раз превосходящую его собственный вес.

Механизм действия катализатора, как ускорителя химической реакции, основан на: 1) явлении адсорбции ( поверхностное поглощение) катализатором реагирующих веществ, вследствие чего повышается их концентрация и 2) повышении химической активности адсорбированных молекул благодаря переходу их в возбужденное состояние, в результате чего резко возрастает доля успешных столкновений молекул реагирующих веществ и, соответственно, скорость химической реакции. Механизм действия катализаторов на кинетику химического процесса в настоящее время не может считаться окончательно выясненным. Проблема, связанная с раскрытием явлений, лежащих в основе каталитических процессов, оказалась очень сложной, и потребовалось много лет работы ряда ученых для того, чтобы более глубоко понять явление катализа.

11. Понятие о дисперсных системах и дисперсности. Классификация дисперсных систем.

Дисперсная  система – это система, в которой одно вещество распределено в среде другого, причем между частицами и дисперсионной средой есть граница раздела фаз. Дисперсные системы состоят из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсная фаза - это частицы, распределенные в среде. Ее признаки: дисперсность и прерывистость. Дисперсионная среда - материальная среда, в которой находится дисперсная фаза. Ее признак – непрерывность. Дисперсность - физическая величина, характеризующая размер взвешенных частиц в дисперсных системах.

Классификация дисперсных систем.

12. Классификация растворов. Способы выражения концентрации растворов (массовая доля, молярная, моляльная, эквивалентная концентрация, моляльная доля). Закон эквивалентов для растворов.

Классификация растворов: твердые (драг. камни), жидкие (ртуть + серебро), газооброзные.

Способы выражения концентрации растворов: 1. Массовая доля раств-го вещ-ва (%-я С); 2.Молярная концентрация (СM): ;; 3.Эквивалентная концентрация (нормальная С):;;; 4.Моляльная Сm: ;; Закон эквивалентов для растворов:

13 Коллигативные свойства растворов. Понижение температуры замерзания. Повышение температуры кипения. Закон Рауля.

Коллигативные свойства – это свойства растворов, зависящие от числа частиц растворенного вещества. К коллигативным свойствам растворов относят:

1) понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором,

2) понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с температурами замерзания и кипения чистых растворителей.

3) осмотическое давление.

Понижение температуры замерзания: ; - кристаллическая константа (из справочника)

Повышение температуры кипения: ; - эгулиоскопическая константа (из справочника)

Закон Рауля: – называют обсалютным понижением давления насыщенного пара растворителя над раствором, а отношение его к давлению насыщенного пара растворителя над чистым растворителем- относительным понижением. Из закона Рауля следует, что при некоторой температуре Т давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем всегда больше, чем над растворомР. Т.О. если растворить в воде какое-нибудь нелетучее вещество, то давление ее пара понизится. При этом разностьтем больше, чем выше концентрация растворенного вещества.

14. Произведение растворимости. Условия образования осадка.

Произведение растворимости (ПР, Ksp) — произведение концентраций ионов малорастворимого электролитав егонасыщенном растворепри постоянной температуре и давлении. Произведение растворимости — величина постоянная.

При постоянной температуре в насыщенных водных растворах малорастворимых электролитов устанавливается равновесиемежду твердым веществом и ионами, образующими это вещество. Например, в случае для CaCO3 это равновесие можно записать в виде:

CaCO3(s)⇌Ca2+(aq)+CO2−3(aq)

Константа этого равновесия рассчитывается по уравнению:

K={Ca2+(aq)}{CO2−3(aq)}{CaCO3(s)}.

В приближении идеального растворас учётом того, чтоактивностьчистогокомпонента равна единице, уравнение упрощается до выражения:

Ksp=[Ca2+(aq)][CO2−3(aq)].Константа равновесия такого процесса называется произведением растворимости.

Осадок - выделение в виде твердого в-ва из газа(пара), раствора илирасплаваодного или нескольких компонентов. Для этого создают условия, когда система из исходного устойчивого состояния переходит в неустойчивое и в ней происходит образование твердой фазы. Осаждение изпара(десублимация) достигается понижением температуры (напр., при охлаждении паровиодавозникаюткристаллыиода) или химических превращений паров, к которому приводят нагревание, воздействие радиации и т.д. Так, при перегревании паров белого фосфора образуется осадок красного фосфора; при нагревании паров летучих-дикетонатовметалловв присутствии О2 осаждаются пленки твердых оксидовметаллов.

Осаждения твердой фазы из растворов можно добиться различными способами: понижением температуры насыщенного раствора, удалением растворителя выпариванием(часто в вакууме), изменением кислотности среды, состава растворителя, например добавлением к полярному растворителю (воде) менее полярного (ацетон или этанол). Последний процесс часто называютвысаливанием. Широко применяют для осаждения различные химические реагенты-осадители, взаимодействующие с выделяемыми элементами с образованием малорастворимых соединений, которые выпадают в осадок. Например, при добавлении раствора ВаСl2 к раствору, содержащему серув виде SO2-4, образуется осадок BaSO4. Для выделения осадков из расплавов последние обычно охлаждают.

19. Понятие о гомогенном катализе. Механизм действия катализатора. Энергетические диаграммы для некаталитической и каталитической реакции.

Катализом называют явление изменения скорости термодинамически возможной химической реакции под влиянием катализаторов – веществ, участвующих в реакции, но остающихся в неизменном количестве и составе после ее завершения.

Все каталитические процессы подразделяют на две группы. К гомогенному катализу относятся процессы, в которых реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе и образуют гомогенную систему, например некоторые газофазные каталитические реакции, многие каталитические реакции в растворах. Примером гомогенной каталитической реакции является окисление оксида серы (IV) кислородом в присутствии оксида азота (VI)

Основным положением теории каталитических процессов является представление об образовании неустойчивых промежуточных соединений катализатора с реагирующими веществами. Для описания механизма протекания каталитических реакций в настоящее время используют две концепции. Одна из них соответствует слитной (одностадийной) схеме катализа, другая – стадийной (раздельной) схеме катализа.

Согласно слитной теории катализа, некаталитическая реакция типа А + В = Р

В присутствии катализатора К проходит по схеме А + В + К  (АВК)   Р + К

Здесь (АВК)  -активированный комплекс исходных веществ и катализатора. Этот процесс в присутствии катализатора проходит в одну стадию и его скорость описывается кинетическим уравнением: r = k СА СВ СК

Энергетическая диаграмма каталитической для некаталитической и каталитической реакции. В присутствии катализатора процесс идет с меньшей энергией активации.

Чаще протекают каталитические реакции, осуществляемые по стадийной схеме. В соответствии с этой схемой вещества-реагенты последовательно взаимодействуют, образуя на каждой стадии соответствующий активированный комплекс:

1)А + К  (АК) АК

2)АК + В  (АКВ)  Р + К согласно записанным уравнениям, промежуточное соединение АК может превратиться по обратной реакции с константой скорости k—1 в исходное вещество и катализатор или в продукты реакции Р и катализатор по второй реакции (константа скорости k2.

Каталитические реакции протекают по слитной и стадийной схемам, обычно в разных температурных интервалах. По слитной схеме часто осуществляются гомогенные каталитические реакции при температурах 300…400К и ферментативные реакции. По стадийной схеме протекают, как правило гетерогенные каталитические реакции при температурах 600…800К.

Обе приведенные схемы отражают общую и характерную особенность механизма протекания каталитических реакций, а именно цикличность . в каталитических реакциях один и тот же активный центр или молекула катализатора может многократно (103-1011раз) вступать в химическое взаимодействие с молекулами реагента.

20.Понятие о гетерогенном катализе. Стадии гетерогенной каталитической реакции. Роль адсорбции в гетерогенном катализе. Энергетическая диаграмма гетерогенной каталитической реакции.

В гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в разных агрегатных состояниях. Наиболее часто катализатор представляет собой твердое вещество, а реагенты являются газами или жидкостями. Реакция протекает на поверхности катализатора. Следовательно свойства поверхности (площадь, химический состав поверхностного слоя, его структура) существенно влияют на активность катализатора.

Гетерогенные каталитические процессы очень сложны. Если катализатор имеет достаточно развитую поверхность, то можно выделить семь стадий каталитического процесса:

-диффузия реагирующих веществ к поверхности катализатора (внешняя диффузия);

-диффузия в поры катализатора (внутренняя диффузия);

-адсорбция реагента на поверхности катализатора;

-химическое превращение на поверхности катализатора (которое может происходить в несколько стадий);

-десорбция продуктов с поверхности катализатора;

-диффузия продуктов реакции в порах к внешней поверхности гранул катализатора;

-диффузия продуктов от внешней поверхности катализатора.

В гетерогенном катализе значительную роль играет адсорбция, так как каталитическая реакция протекает в поверхностном слое. Адсорбированные молекулы определенным образом ориентированы к поверхности, причем уменьшение энергии активации происходит за счет перераспределения связей и повышения энтропии активации.

Энергетические диаграммы реакции, проходящей с участием гетерогенного катализатора и без него (стр 290 рис) отличаются от аналогичных диаграмм с участием гомогенного катализатора наличием энтальпии адсорбции и десорбции. Очень сильное адсорбционное взаимодействие может препятствовать прохождению химической реакции. Молекулы продуктов должны быть десорбированы (оторваны) от поверхности на это затрачивается энергия (энтальпия десорбции ∆НД>0) Слишком большое значение энтальпии десорбции также может затруднять протекание процесса. Только некоторое оптимальное сочетание энергии активации, энтальпии адсорбции и десорбции будет способствовать ускорению каталитического процесса.

21 Растворы. Современные представления о физико-химических процессах образования растворов. Энергетика процесса растворения. Ненасыщенный, насыщенный и пересыщенный растворы. Растворимость твердых веществ, зависимость растворимости от температуры, давления. Закон Генри-Дальтона. Способы выражения концентрации растворов.

В развитии физической химии исключительно важную роль сыграло изучение природы растворов, которые имеют огромное значение в жизни человека, животных и растений. Многие процессы, протекающие в земной коре и на ее поверхности, связаны с растворами, ни одно промышленное производство не обходится без их участия. Ученые многих поколений интересовались растворами. Еще Менделеев писал о взаимодействии растворителя и растворенного вещества. Растворами называются гомогенные (однородные) системы, состоящие из растворенных веществ, растворителей и продуктов их взаимодействия. Растворы могут представлять собой системы, находящиеся в газообразном, жидком или твердом состоянии (сплавы).

Растворами называют однородные смеси нескольких компонентов. Содержание каждого компонента может непрерывно изменяться. Особенно часто в практике встречаются жидкие растворы (водные).

Растворенные вещества могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Свойства растворов определяются характером взаимодействия компонентов. Это взаимодействие зависит не только от вида сил, действующих между частицами, но и от формы и размеров частиц.

Общий признак растворов – стремление к смешению.

Различают растворы истинные и коллоидные. В истинных растворах вещества находятся в виде ионов или молекул, а в коллоидных в виде групп молекул (агрегатов определенных размеров).

Важной характеристикой растворов является концентрация, показывающая в каком соотношении (весовом или объемном) взяты растворитель и растворенное вещество.

Однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями. Отличие их в том, что состав растворов может изменяться. Непостоянство растворов приближает их к механическим смесям, но от них они резко отличаются своей однородностью. Вывод. Растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

В настоящем растворе протекают одновременно два процесса: растворение и кристаллизация. Под влиянием растворителя от поверхности твердого вещества постоянно отрываются отдельные молекулы или ионы (растворимость твердых веществ) и равномерно распределяются по всему объему раствора. По мере увеличения концентрации раствора скорость растворения уменьшается, т.к. при этом протекает обратный процесс – процесс кристаллизации (молекулы, ионы сталкиваются с кристаллами и кристаллизуются). Через некоторое время наступает процесс его насыщения.

В насыщенном растворе одновременно протекают два процесса: растворение и кристаллизация. При постоянной температуре скорость растворения и скорость кристаллизации равны, а поэтому концентрация насыщенного раствора при постоянной температуре постоянна. Следовательно, насыщенным называется раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворенного вещества. Если концентрация какого-либо раствора будет меньше концентрации насыщенного раствора при данной температуре, то он называется

ненасыщенным. Возможно дополнительное растворение до предела насыщения.

Раствор, концентрация которого больше концентрации насыщенного при данных условиях, называют пересыщенным. Такие растворы получаются при осторожном охлаждении ненасыщенных растворов, концентрация которых близка к концентрации насыщенных. Растворимость понижается и содержание вещества окажется большим, чем в его насыщенном при такой же температуре, т.е. происходит пересыщение. Эти растворы очень неустойчивы. Встряхивание, попадание пыли и сразу же начинается кристаллизация.

Растворимость твердых веществ всегда ограниченна. Абсолютно нерастворимых веществ в природе нет, хотя есть практически нерастворимые ВаSО4, Са СО3, Си(ОН)2, и др. Малорастворимые Са(ОН)2, Рв Сl2. самопроизвольное растворение идет медленно, его увеличивают измельчением в порошок, перемешиванием, повышением температуры.

Влияние температуры разное у разных веществ. Зависимость растворимости твердых тел от температуры выражают в виде кривых (таблицы растворимости). Некоторые вещества при повышении температуры резко повышают растворимость, у других она падает. Растворимость газов падает.

Понятие «растворимость» имеет качественный смысл. В качественном смысле растворимостью вещества называется его способность образовывать однородную систему с другим веществом, выполняющим функцию растворителя. Эта способность определяется характером взаимодействия между молекулами растворитель – растворитель, растворенное вещество – растворенное вещество, растворитель – растворенное вещество. Наибольшая взаимная растворимость достигается тогда, когда все эти силы имеют подобный характер. Неполярные или малополярные соединения хорошо растворимы в неполярных или малополярных растворителях и менее растворимы в высокополярных растворителях.. Так оксид углерода СО – малополярное соединение (дипольный момент 0,4×10-30Кл×м) – хорошо растворим в бензоле, молекулы которого неполярны (=0), и ограниченно растворим в воде – соединении с сильно выраженным дипольным характером (дипольный момент 6,11×10-30Кл×м). Вода является хорошим растворителем полярных соединений, например аммиака или этилового спирта, не только потому, что их молекулы обладают значительной полярностью (соответственно 4,94×10-30Кл×м и 5,66×10-30Кл×м), но и потому, что при этом сохраняется характер связей, существовавших в исходных компонентах. Вместо водородных связей между молекулами каждого компонента – воды, аммиака и спирта возникают подобные вязи между растворителем и растворенным веществом. Схема гидратации хлороводорода стр 422.

Растворимость газов в жидкостях определяется не только природой компонентов, но и изменяется в широких пределах в зависимости от давления и температуры. С увеличением давления растворимость газов в жидкостях увеличивается. Эта закономерность выражается законом Генри: рi = Кi Хi где

Хi – молярная доля i –го газа в растворе; рi – парциальное давление газа над раствором; Кi – постоянная Генри для i –го компонента.

Закон Генри не выполняется, если растворение газа в жидкости сопровождается образованием новых химических веществ. Например, растворение в воде аммиака приводит к образованию гидроксида аммония, а растворение углекислого газа - к образованию угольной кислоты.

Влияние температуры на растворимость количественно выражается уравнением:

(∂lnХi /∂Т)р = ∆sН*интi/RТ2 где ∆sН*интi – энтальпия перехода 1 моль i –го компонента из чистого состояния в состояние насыщенного раствора. Если ∆sН*интi > 0, то растворимость увеличивается с ростом температуры, если ∆sН*интi 0), так и с выделением (∆sН 0) теплоты, поскольку сопровождается эндотермическими процессами разрушения исходных связей растворителя и растворенного вещества и экзотермическим процессом образования новых связей (сольватацией).

Состав раствора может быть задан несколькими способами:

Концентрацией растворенного вещества называют отношение количества растворенного вещества или его массы к объему раствора (моль⁄л, г⁄л). Концентрация – это отношение неоднотипных величин. Те величины, которые являются отношением однотипных величин, например отношение массы растворенного вещества к массе раствора, и формально не имеют своей единицы, называются долями. Таким образом, состав раствора может быть задан как концентрацией, так и долей растворенного вещества.

Массовая доля растворенного вещества w –это отношение массы растворенного вещества к массе раствора.

Объемная доля растворенного вещества v – это отношение объема растворенного вещества к объему раствора.

Мольрность раствора – величина, численно равна отношению молярной массы растворенного вещества к объему раствора (моль⁄л).

Смотрите также

• 
  Новый рено логан 2018 года фото
• 
  Помпа для автомобиля
• 
  Чери вери клиренс
• 
  Mercedes benz гелендваген
• 
  Замена сетки бензонасоса
• 
  Принцип работы газонаполненных амортизаторов
• 
  На что влияет датчик кислорода если он не работает
• 
  Когда выйдет новый киа сид
• 
  Картер что это
• 
  I40 универсал новый кузов 2019
• 
  Аккумулятор для дизельного автомобиля

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453