Каталізатори

КАТАЛІЗА́ТОРИ – речовини, що прискорюють хімічну реакцію, беручи участь в елементарних стадіях хімічного процесу і регенеруючись у ході реакції. Дія К. переважно зводиться до того, що вони надають реакції можливість перебігати ін. шляхом зі значно меншим потенціал. бар’єром. К. бувають тверді, рідкі та газоподібні; широко розповсюджені у живій природі і активно використовуються у промисловості. Понад 70 % усіх хім. перетворень речовин (серед нових вироб-в — понад 90 %) відбуваються за допомогою К. Їх класифікують за типом реакцій (кислотно-основні, окисно-відновні); за групами каталітич. процесів чи особливостями їхнього апаратурно-технол. оформлення (К. синтезу аміаку, крекінгу нафтопродуктів, для використання у псевдоскрапленому шарі); за природою актив. речовини (металеві, оксидні, сульфідні, металоорган., комплексні тощо); за методами приготування (співосадження, просочування для отримання нанесених К., мех. змішування компонентів, плавлення К. із наступ. вилуговуванням та ін.). За допомогою білкових К. (ферментів) здійснюється обмін речовин у всіх живих організмах. К. характеризуються також специфічністю дії (кожна хім. реакція чи група однорід. реакцій може прискорюватися завдяки визначеним К.) і можуть визначати напрям реакції. Із одних і тих самих вихід. речовин відповідно до виду К. утворюються різні продукти. Напр., мурашина кислота розкладається до карбон монооксиду і води при дії К. кислотно-осн. типу (зокрема Al₂O₃) та до карбон діоксиду і водню при наявності перехід. металів (Pd, Ru). Осн. властивості К.: стійкість до каталітич. отрут; чутливість до перегріву в екзотерм. реакціях; висока мех. міцність тощо. Мірою їхньої специфічності слугує вибірковість (селективність) — відношення швидкості цільової реакції до заг. швидкості перетворення вихід. речовин при наявності визначеного каталізатора. Важливою характеристикою К. 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, об’єму, концентрації чи поверхні каталізатора. Активність, що віднесена до 1 м² поверхні К., називають питомою каталітич. активністю. Якщо без К. реакція практично не відбувається, за міру активності беруть швидкість реакції у визначених умовах, що віднесена до одиниці кількості каталізатора. Через специфічність К. порівнювати каталітичну активність речовин можна лише стосовно однієї і тієї ж реакції. Найобґрунтованішою мірою каталітич. активності у гетероген. каталізі є константа швидкості лімітуючої стадії, що віднесена до одиниці поверхні розділу фаз. Якщо кінет. рівняння змінюється від каталізатора до каталізатора, то константи мають різну розмірність. У такому випадку потрібний перехід до значень швидкості реакції (за фіксов. ступеня перетворення чи часу контакту). Швидкості при сталому об’ємі у проточ. реакторі можна замінити на ступінь перетворення. Усі зазначені вище характеристики належать до порівняння активності в ізотерм. умовах. Якщо К. 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 практ. дослідженнях активність К. визначають як продуктивність — кількість продукту (чи речовини, що прореагувала), отриманого за одиницю часу на одиницю об’єму К., а селективність — у вигляді виходу цільового продукту відносно теоретично можливого. Див. також Каталіз.

О. В. Іщенко

завантажити статтю