Основные факторы, от которых зависит возможность протекания каталитической реакции и/или её скорость, можно разделить на электронные и структурные.
Электронные факторы
Рассмотрим влияние электронных факторов на каталитическую реакцию на примере зависимости скорости разложения муравьиной кислоты (W) от теплоты образования (ΔH) формиата того или иного металла катализатора.
Из графика наглядно видно, что существует оптимальное значение теплоты образования формиата, при котором разложение происходит при наименьшей температуре - каталитический эффект достигает своего максимума.
Отклонение от оптимального значения связывания вредит каталитическому процессу:
- при слишком слабом - недостаточна активация субстрата;
- при слишком сильном - продукты не могут десорбироваться с поверхности.
Наибольшей каталитической активностью обладает металл, энергия связи поверхности которого с интермедиатом является оптимальной - для рассматриваемого случая - платина и иридий.
Структурные факторы
Проявление структурного фактора катализа рассмотрим на примере реакции дегидрирования циклогексана в бензол.
Предположительно, для протекание данной реакции необходимо многоцентровое связывание субстрата с продуктом реакции дегидрирования циклогексана - гексагоном бензола, для чего требуется наличие подобия атомной решетки металла.
Постоянная кристаллической решетки характеризует расстояние между атомами металла (в нм) и, как видно из графика, существует оптимальное её значение при котором скорость протекания реакции является максимальной, а значит металл обладает наибольшей каталитической активностью для данной реакции.
Современные методы исследований каталитических реакций позволяют регистрировать процессы сорбирования на поверхности металла различных веществ.
Рассмотрим процесс сорбции на примере разложения молекулы аммиака на поверхности меди.
Достоверно установлено, что аммиак идеально адсорбируется на поверхности меди между тремя атомами на грани [111], а процесс диссоциации с образованием азота и водорода протекает наиболее легко.
Грань [110] для молекулы аммиака слишком велика, а ее геометрия не совпадает по симметрии из-за чего протекание реакции становится невозможной.
Вывод: каталитический эффект того или иного металла зависит от следующих факторов:
- оптимального значения энергии связывания;
- схожести размера и геометрии грани и молекулы реагирующего вещества.
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите регулярно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.