* Теорию катализа студенты подробно изучают в курсе "Физическая химия".

200

2. Адсорбция и катализ

В гетерогенном катализе на твердом катализаторе промежуточное химическое взаимодействие реактантов с катализатором осуществляет­ся лишь на его доступной для молекул реагирующих веществ так назы­ваемой реакционной поверхности посредством адсорбции. Удельная реакционная поверхность гетерогенного катализатора определяется его пористой структурой, т. е. количеством, размером и характером распределения пор.

Однако не всякая поверхность твердого тела обладает каталитиче­ской активностью. На поверхности одних веществ может происходить лишь физическая адсорбция, а других — хемосорбция с более прочной химической связью. Так, на поверхности активированного угля водо­род и азот могут адсорбироваться лишь физически, а кислород и при высоких температурах водяной пар подвергаются химической адсорб­ции и при их десорбции выделяются не О2 и Н₂0, а продукты их хемо­сорбции в виде СО, С0₂ и Н₂. Это свидетельствует о том, что тип и прочность промежуточной (т. е. поверхностной) химической связи обусловливаются химическим строением твердого тела, а также срод­ством последнего по отношению к молекулам реактантов.

Адсорбция, как физическая, так и химическая, обусловливается избыточной свободной энергией поверхности. Если валентные связи между атомами и ионами, расположенными внутри объема твердого тела, взаимно скомпенсированы (насыщены), то таковой компенсиро­ванное™ межмолекулярных сил на его поверхности (как и на поверхно­сти жидкости) не происходит. Кроме того, поверхность твердого тела не является идеально гладкой, а имеет многочисленные ультрамикроско- пические выступы и углубления различных форм в зависимости от гео­метрии кристаллической решетки. Сама кристаллическая решетка так­же не всегда идеальна и однородна, и на ней имеются различного рода дефекты и примеси. Естественно, степень компенсированное™ валент­ных сил на различных участках неоднородной поверхности твердого тела различна и, следовательно, неоднородна адсорбционная актив­ность этой поверхности. Наиболее активные участки (центры) поверх­ности будут более энергично адсорбировать (хемосорбировать) моле­кулы реактантов. Отсюда следует вывод о том, что адсорбция (хемосор­бция) неоднородна.

Физическая и химическая адсорбции различаются между собой по следующим признакам:

1. Теплоты физической адсорбции всегда малы и близки к теплотам конденсации (10-50 кДж/моль). Теплоты же хемосорбции близки к теплотам химических реакций (80-400 кДж/моль и более).

2. Физическая адсорбция осуществляется обычно при низких тем­пературах, близких к температуре конденсации адсорбата. Химическая

201