Виды и особенности катализаторов химических реакций
Химическая реакция – это процесс превращения реагентов в продукты реакции. Многие превращения в химии имеют очень долгий срок протекания, что абсолютно недопустимо для промышленности или для организма человека. Колоссальное ускорение превращений как в промышленности, так и в живых организмах, обеспечивают катализаторы химических реакций. Рассмотрим этот вопрос подробнее.
Каталитические вещества, ускоряющие протекание реакций в химии, имеют определенные свойства. Обозначим их:
- Неизменность. После реализации акта катализа каталитическая молекула не меняет химическую структуру и пространственную конфигурацию.
- Сопряжение реакции. Выделяемая теплота в ходе протекания химического превращения не выделяется в окружающую среду, а расходуется с целью снижения энергии активации.
- Синергизм каталитического действия.
- Вещества, осуществляющие катализ, не влияют на энергетический итог реакции, не изменяют положения равновесия химического превращения, не влияют на направленность химического превращения, зависимость химической реакции от катализатора прямая (выражается в пропорциональном изменении скорости химического процесса концентрации каталитического вещества).
- Избирательность. Избирательностью называется способность каталитического соединения выборочно ускорять одну из возможных реакций в термодинамической системе.
- Активность. Активность катализа отражается в эффективности ускорения термодинамического процесса тем или иным соединением. Активность может снижаться, если на катализатор воздействует ингибитор (например, серпин – ингибитор сериновой протеазы – блокирует действие трипсина, нарушая его действие на другие ферменты поджелудочной железы), либо повышаться вследствие явления синергизма каталитического действия или воздействия на каталитическое соединение индукторов.
- Каталитическая активность. Данное свойство лежит в основе понятия «катализатор», так как катализатор – это вещество ускоряющее химическую реакцию, то каталитическая активность математически выражается отношением скорости протекания реакции в присутствии каталитического соединения к скорости протекания того же превращения без присутствия катализатора.
Другие свойства каталитические соединений связаны с их строением и физическими параметрами:
- молекулярная масса;
- размер молекулы;
- атомный состав;
- длительность службы;
- твердость;
- механическая упругость;
- термолабильность;
- термостойкость.
Каталитические системы на основе катализаторов
Современные промышленные каталитические смеси состоят из нескольких компонентов:
- непосредственно катализатор;
- активатор (промотор);
- носитель.
Промотор
Добавление промоторов к каталитическому соединению улучшает следующие свойства последних: активность, избирательность и стабильность в системе. Сам по себе промотор может являться соединением, которое не участвует в протекающем процессе. По своему назначению активаторы подразделяются на две большие группы:
- промоторы, предотвращающие процессы, негативно влияющие на каталитическое соединение;
- промоторы увеличивающие каталитическую активность вещества, ускоряющего реакцию.
Также промоторы подразделены на две большие группы структурообразующие (инертные соединения, предотвращающие слипание частиц) и активирующие (изменяют электронную конфигурацию каталитического соединения в активную фазу катализа).
Носитель
Носитель представляет собой материю, на которую различными методами укладывают катализатор. При использовании носителя увеличивается площадь поверхности действия каталитического соединения, повышается его термостойкость. Благодаря использованию носителей возможна экономия в промышленных условиях достаточно дорогих каталитических элементов (палладий, никель, платина, серебро). Однако стоит отметь, что носитель также может положительно влиять на активность каталитического соединения, поэтому нельзя провести четкую границу между этими двумя понятиями. Носителями могут быть оксид алюминия, силикагель, пемза, каолин, асбест, алюмосиликаты и другие вещества.
