Классификация катализа и катализаторов

Химики-технологи подразделяют катализаторы на два типа — гетерогенные и гомогенные в зависимости от агрегатного состояния катализатора и реагентов. К гомогенным катализаторам относят те, которые ведут процессы, когда и катализатор и реагирующие вещества находятся в одной и той же фазе — жидкой или газовой.

Примеры:

Газофазный гомогенный катализ.

1. Окисление диоксида серы:

SO₂ + NO₂ = SO₃ + NO.

NO + 0,5O₂ = NO₂

SO₂ + 0,5O₂ = SO₃

2. Разложение ацетальдегида:

СН₃СНО > СН₄ + СО Без катализатора реакция идет с E_а = 190 кДж/моль. В присутствии паров йода этот процесс протекает в две стадии:

СН₃СНО + I₂ > СН₃I + НI + СО СН₃I + НI > СН₄ + I₂

с E_а = 54 кДж/моль; константа же скорости реакции при этом увеличивается приблизительно в 10⁵ раз.

Жидкофазный гомогенный катализ: например, гидролиз сложного эфира с кислотным катализатором.

HCl +H₂O — H₃O⁺ + Cl^-

СН₃СООR + H₃O⁺ > СН₃СООH + ROH + H⁺

СН₃СООR + H₂O (H⁺ + Cl^-) > СН₃СООH + ROH (H⁺ + Cl^-).

Образующаяся при гидролизе кислота диссоциирует с образованием протонов, которые могут автокаталитически ускорять гидролиз сложного эфира:

R₁С (О)ОR₂ + Н₂О (Н⁺) > R₁С (О)ОН + R₂ОН В тех случаях, когда катализатор и реагенты находятся в разных агрегатных состояниях, реализуется гетерогенный катализ. Чаще всего катализатор твёрдый, а реагенты находятся в газовой или жидкой фазе. Принципиальная особенность гетерогенного катализа состоит в том, что реакция происходит на поверхности твёрдого катализатора .

В промышленности предпочтительны гетерогенные катализаторы, так как они позволяют проводить химический процесс в непрерывном режиме, когда реагенты пропускают через реактор, наполненный твёрдым катализатором. Использование же гомогенных катализаторов (обычно это растворы каталитичес ки активных соединений) вынуждает технологов проводить химический процесс в периодическом режиме, включающем дополнительную стадию отделения продуктов реакции от катализатора. В случае применения гетерогенных катализаторов этого не требуется.