Каталізатори
КАТАЛІЗА́ТОРИ — речовини, що прискорюють хімічну реакцію, беручи участь в елементарних стадіях хімічного процесу і регенеруючись у ході реакції. Дія каталізаторів переважно зводиться до того, що вони надають реакції можливість перебігати іншим шляхом зі значно меншим потенціальним барʼєром. Каталізатори бувають тверді, рідкі та газоподібні; широко розповсюджені у живій природі і активно використовуються у промисловості. Понад 70 % усіх хімічних перетворень речовин (серед нових виробництв — понад 90 %) відбуваються за допомогою К. Їх класифікують за типом реакцій (кислотно-основні, окисно-відновні); за групами каталітичних процесів чи особливостями їхнього апаратурно-технологічного оформлення (каталізатори синтезу аміаку, крекінгу нафтопродуктів, для використання у псевдоскрапленому шарі); за природою активної речовини (металеві, оксидні, сульфідні, металоорганічні, комплексні тощо); за методами приготування (співосадження, просочування для отримання нанесених каталізаторів, механічне змішування компонентів, плавлення каталізаторів із наступним вилуговуванням та ін.). За допомогою білкових каталізаторів (ферментів) здійснюється обмін речовин у всіх живих організмах. Каталізатори характеризуються також специфічністю дії (кожна хімічна реакція чи група однорідних реакцій може прискорюватися завдяки визначеним каталізаторам) і можуть визначати напрям реакції. Із одних і тих самих вихідних речовин відповідно до виду каталізатора утворюються різні продукти. Наприклад, мурашина кислота розкладається до карбон монооксиду і води при дії каталізаторів кислотно-основного типу (зокрема Al2O3) та до карбон діоксиду і водню при наявності перехідних металів (Pd, Ru). Основні властивості каталізаторів: стійкість до каталітичних отрут; чутливість до перегріву в екзотермічних реакціях; висока механічна міцність тощо. Мірою їхньої специфічності слугує вибірковість (селективність) — відношення швидкості цільової реакції до загальної швидкості перетворення вихідних речовин при наявності визначеного каталізатора. Важливою характеристикою каталізаторів є активність — різниця швидкостей однієї і тієї ж реакції, виміряної за рівних умов у присутності та у відсутності каталізатора. Каталітичну активність відносять до одиниці маси, обʼєму, концентрації чи поверхні каталізатора. Активність, що віднесена до 1 м2 поверхні каталізатора, називають питомою каталітичною активністю. Якщо без каталізатора реакція практично не відбувається, за міру активності беруть швидкість реакції у визначених умовах, що віднесена до одиниці кількості каталізатора. Через специфічність каталізаторів порівнювати каталітичну активність речовин можна лише стосовно однієї і тієї ж реакції. Найобґрунтованішою мірою каталітичної активності у гетерогенному каталізі є константа швидкості лімітуючої стадії, що віднесена до одиниці поверхні розділу фаз. Якщо кінетичне рівняння змінюється від каталізатора до каталізатора, то константи мають різну розмірність. У такому випадку потрібний перехід до значень швидкості реакції (за фіксованого ступеня перетворення чи часу контакту). Швидкості при сталому обʼємі у проточному реакторі можна замінити на ступінь перетворення. Усі зазначені вище характеристики належать до порівняння активності в ізотермічних умовах. Якщо каталізатори значно відрізняються за активністю, то температурні інтервали, в яких вони працюють, можуть не перекриватися, тоді за міру активності беруть температуру досягнення визначеного ступеня перетворення. У практичних дослідженнях активність каталізаторів визначають як продуктивність — кількість продукту (чи речовини, що прореагувала), отриманого за одиницю часу на одиницю обʼєму каталізатора, а селективність — у вигляді виходу цільового продукту відносно теоретично можливого. Див. також Каталіз.