Гетерогенный катализ
Гетерогенный катализ — это катализ, при котором реагенты и катализатор находятся в разных фазах, а реакция протекает преимущественно на границе их раздела.
Как происходит процесс
Молекулы реагентов соприкасаются с поверхностью твёрдого катализатора и могут временно адсорбироваться на ней. На поверхности ослабляются некоторые химические связи, поэтому образуется новый путь реакции с меньшей энергией активации. Затем продукты покидают поверхность — десорбируются, а активные участки катализатора освобождаются.
Скорость такого процесса зависит от площади поверхности, температуры, концентрации реагентов и доступности активных центров. Поэтому измельчение твёрдого катализатора часто ускоряет реакцию: увеличивается площадь контакта фаз. Эти условия относятся к факторам скорости реакции.
Здесь \(S\) — доступная площадь поверхности катализатора, а \(f(c,T)\) показывает зависимость скорости от концентрации и температуры. Это качественная схема, а не универсальный закон скорости для всех реакций.
При взаимодействии водорода с кислородом на поверхности платинового катализатора оба газа адсорбируются, реагируют на поверхности, а образовавшаяся вода покидает её. Платина при этом не расходуется в суммарном уравнении реакции.
Гетерогенный катализ отличается от гомогенного катализа не эффективностью катализатора, а фазовым состоянием участников: в гетерогенном случае катализатор и реагенты находятся в разных фазах. Катализатор ускоряет достижение равновесия, но не изменяет его положение.
Почему порошкообразный твёрдый катализатор обычно действует быстрее, чем такой же кусок вещества?
Главное
- При гетерогенном катализе катализатор и реагенты находятся в разных фазах.
- Реакция идёт на поверхности катализатора через адсорбцию и десорбцию веществ.
- Увеличение площади поверхности обычно повышает скорость, но катализатор не изменяет положение химического равновесия.