Глава 2. Основные механизмы катализа

Каталитические процессы, обусловленные переносом электрона (окисление, восстановление, гидрирование, дегидрирование, разложение нестойких кислородсодержащих соединений), относят к окислительно-восстановительному катализу. Типичными катализаторами для них являются переходные металлы и их соединения: простые оксиды , шпинели , сульфиды и др.; для реакций в растворах - соли и комплексные соединения переходных металлов. Высокая каталитическая активность этих веществ объясняется тем, что атомы переходных металлов могут существовать в различных степенях окисления, изменение которых не требует больших энергетических затрат. В результате перенос электрона от реагента к катализатору осуществляется легче, чем в отсутствие катализатора от восстановителя к окислителю. При одноэлектронном переходе образуются свободные радикалы, далее участвующие в реакции. Напр., при переходе одного электрона от активного центра молибденового катализатора к кислороду образуется ион-радикал , участвующий далее в каталитическом окислении Существует окислительно-восстановительные катализаторы с многоэлектронным механизмом, при котором не образуются свободные радикалы в качестве промежуточных частиц. Многоэлектронные переходы между катализатором и реагирующими молекулами возможны, если в активный центр катализатора входят несколько атомов переходного металла. Например, в разложении активны комплексные соединения, содержащие 2 иона ; в восстановлении молекулы азота до - комплексные соединения, содержащие 2 или более ионов .

К процессам кислотно-основного катализа относятся каталитический крекинг, гидратация, дегидратация, многие реакции изомеризации, конденсации органических веществ. Типичные катализаторы для этого класса процессов – вещества, способные передавать или принимать протон от реагентов или же способные к гетеролитическому взаимодействию с реагентами (без разделения пары электронов). Среди этих веществ –протонные и апротонные кислоты, аморфные и кристаллические алюмосиликаты, , фосфаты, сульфаты. Активными центрами в них является протонный центр (центр Бренстеда) или акцептор электронной пары, например, атом (центр Льюиса). Реже применяются катализаторы основного характера (растворенные основания, твердые и др.). В случае, так называемых полифункциональных катализаторов, отдельные этапы сложных каталитических процессов окислительно-восстановительные и кислотно-основные – протекают на разных составных частях многокомпонентной многофазной системы. Например, при неполном окислении непредельных альдегидов в непредельные кислоты в присутствии оксидов и в элементарном акте происходят окислительно-восстановительные превращения катализатора:

Конечная стадия реакций - десорбция кислоты - происходит на поверхностях и ,обладающих слабокислотными свойствами. В водных растворах каталитическая активность солей или комплексных соединений переходных металлов проявляется в определенном интервале рН. Это объясняется не только устойчивостью комплексных соединений при определенном рН, но и участием ионов и в элементарных стадиях Катализа [5].

Дата добавления: 2015-08-17