субстрат утворюють одну фазу, зазвичай рідку. У другій групі реакцій каталізатор є твердим, а субстрат - рідким або газоподібним. Третя група каталітичних реакцій - ферментативні реакції - охоплює процеси, винятково важливі для тварин і рослинних організмів. Беруть участь у цих реакціях каталізатори - ферменти - є органічними сполуками (білки) з величезними молекулами (макромолекули), виробленими живими клітинами.
Гомогенний каталіз. Каталізаторами величезної більшості реакцій цієї групи є кислоти і основи. В даний час в результаті грунтовних кінетичних досліджень встановлено, що в реакціях, що каталізуються кислотами, субстрат поводиться як підстава, а проміжний продукт є його сполученої кислотою. У реакціях, що каталізуються підставами, субстрат поводиться як кислота, віддаючи каталізатору протон. Після кожної елементарної реакції каталізатор - кислота або підстава - регенерується. Більшість цих реакцій відноситься до області органічної хімії.
Ферментативними реакціями є реакції гідролізу, гідрування і дегідрування (приєднання водню до молекул субстрату або відщеплення водню від його молекул), реакції окислення (перенесення електронів), реакції перенесення груп фосфорної кислоти і органічних груп. Різко виражена специфічність ферментів вказує на те, що між ферментом і молекулою субстрату утворюються хімічні сполуки, завдяки яким останні активуються (теорія Міхаеліса і Ментен, 1913).
Рівняння Міхаеліса-Ментен: основне рівняння ферментативної lt; # 25 src= doc_zip1.jpg / gt;
Рівняння має вигляд:
де - максимальна швидкість реакції, рівна kcatE0;- Константа Міхаеліса, рівна концентрації субстрату, при якій швидкість реакції складає половину від максимальної; S - концентрація субстрату [3].
Гетерогенний каталіз має широке і важливе застосування в промисловості. Гетерогенний каталіз особливо часто використовується в реакціях окислення (приклад: 2SO2 + O2? 2SO3), в реакціях відновлення або гідрування (приклад: N2 + ЗН2? 2NH3), в реакціях дегідрування (здійснюваних у нафтохімічної промисловості з використанням в якості каталізаторів платини, оксиди хрому або сульфіду молібдену) і в реакціях розриву молекул вуглеводнів нафти (крекінг) в присутності каталізаторів кислотного характеру (оксиди алюмінію, алюмосилікати).
Тверді каталізатори тим активніше, чим більше їх поверхню, тобто чим вони більші подрібнені, і чим нижче температура їх отримання і подальшої обробки. Так, каталізатори з металевого нікелю, використовувані в реакціях гідрування, являють собою пірофорні порошки, отримані відновленням оксиду нікелю NiO воднем приблизно при 300 ° С. При нагріванні приблизно до 700 ° С ці каталізатори повністю втрачають активність, оскільки атоми на їх поверхні перебудовуються в більш стійкий стан. Можна зробити висновок, що в реакції бере участь не вся поверхня каталізатора, а тільки певні активні центри (Тейлор, 1926).
Давно відомо, що хімічна реакція при гетерогенному каталізі відбувається в зовнішньому шарі молекул, адсорбованих на поверхні каталізатора (Ленгмюра, 1916) або точніше на активних центрах каталізатора. Розрізняють два типи адсорбції: адсорбцію вандерваальсовимі силами при низькій температурі і активовану адсорбцію, або хемосорбцію. Останній процес, єдино важливий при гетерогенному каталізі, полягає в утворенні хімічних сполук між молекулами реагентів і поверхневими атомами каталізатора. Теплоти, що виділяються при вандерваальсова адсорбції, малі (близько 4 ккал/моль для таких газів, як O2, СО і N2 на Сr2O3 при - 183 ° С), але досягають значення звичайних теплот реакції при хемосорбції (50 Ккал/моль для O2 на Сr2O3 при 0 ° С). Вандерваальсова адсорбція здійснюється миттєво, тоді як хемосорбция відбувається повільно, але її швидкість зростає з температурою.
У звичайній каталітичної реакції продукти реакції десорбируются з каталізатора і дифундують в масу газу (або рідини), а їх місце негайно ж займають молекули реагентів, які повторюють той же елементарний процес. Таким чином, один активний центр поверхні каталізатора перетворює велику кількість молекул реагенту. Деякі речовини, наприклад сірководень H2S, фосфін Н3Р і різні сполуки азоту, міцно закріплюються на поверхні каталізаторів (металів), блокуючи активні центри і тим самим сповільнюючи каталітичний процес (отруєння каталізаторів) [4].
2. Процес гідрування неграничних з'єднань
Гідрування або гідрогенізація (від позднелатінского hydrogenium - водень), деструктивна гідрогенізація, - сукупність хімічних процесів, що відбуваються при впливі водню на органічну речовину. У топлівоперерабативающей промисловості гидрогенизацию застосовують для отримання з твердих горючих копалин (вугілля, сланці), а також низькосірчистих нафт і важких нафтових залишків моторного пального, мастил та хімічних продуктів. Гідрогенізація твердого пал...
