Вопросы для самоконтроля

1. Какие соединения получили название «ферменты»? Какова их природа?

2. Перечислите основные классы, на которые разделяются ферменты. Почему их классифицируют не по типу химического строения?

3. Какие вещества называются ингибиторами? Какие различают типы ингибиторов?

4. В каком случае ингибитор называется конкурентным? Укажите схематически механизм этого процесса.

5. Какие три графических способа существуют для определения постоянных ?

6. Покажите как на основании опытных данных в отсутствие и в присутствии ингибитора определить константы: ?

5.6. Гетерогенный катализ

Первой наблюдаемой гетерогенно – каталитической реакцией была реакция, осуществленная в 1778 г. Пристли дегидратация этилового спирта на активной глине:

.

Металлические катализаторы были впервые применены Ван – Марумом

(1796 г.) в реакциях дегидрирования этилового спирта на меди, железе, никеле и серебре:

C₂H₅OH  CH₃CHO + H₂.

В первой половине XXI века гетерогенному катализу было посвящено большое количество работ. Были открыты окислительные реакции в газовой фазе на металлах (Дэви), разложение аммиака и перекиси водорода (Тенар), гидрирование этилена на платине (Кюльман) и многие другие каталитические процессы. Дальнейшее развитие учения о катализе шло как по пути накопления экспериментальных данных, разработки способов приготовления активных катализаторов, открытия новых каталитических процессов, внедрения их в химическую промышленность, так и по пути развития теории гетерогенного катализа.

Но при этом теория развивалась значительно медленней практики, что объясняется отсутствием теории твердого тела. Так как процесс идет по поверхности твердого катализатора, знание строения поверхности катализатора и закономерностей адсорбционных явлений оказывается решающим для развития теории катализа.

В настоящее время гетерогенно-каталитические процессы широко применяются в промышленном производстве важнейших химических веществ. В качестве катализаторов применяются переходные металлы, металлы I группы, оксиды, сульфиды, различные группы комплексных соединений и др. Гетерогенно-каталитические процессы более распространены в промышленности, чем процессы гомогенного катализа. Это объясняется тем, что гетерогенные катализаторы более удобны в производстве, их легче отделить от газовой или жидкой среды в непрерывно действующих реакторах.

5.6.1. Свойства гетерогенных катализаторов

Скорость гетерогенной каталитической реакции пропорциональна величине поверхности катализатора и характеризуется количеством вещества, образующегося за единицу времени на 1г катализатора. Эта величина называется каталитической активностью катализатора (А):

А = v_к – v₀(1 – ), (5.61)

где v_к и v₀ – скорость реакции в присутствии катализатора и без него соответственно;  – доля поверхности катализатора, занятая реагирующими веществами. Часто v₀(1 – ) – мало и поэтому:

А = v_к. (5.62)

Свойства различных катализаторов сравнивают по величине их удельной активности. Каталитическую активность гетерогенного катализатора характеризуют отношением константы скорости или скорости реакции к единице поверхности твердого катализатора:

 , (5.63)

где S_уд – удельная поверхность катализатора, которая определяется как отношение площади поверхности раздела фаз к одному грамму или единице объема катализатора.