История развития катализа реферат

Обновлено: 02.07.2024

Краткая история развития катализа и теорий, объясняющих это явление.

Краткая история развития катализа и теорий, объясняющих это явление

Катализ – универсальное и очень разнообразное явление, широко распространенное в природе и используемое человечеством за тысячи лет до осознания сути каталитических процессов. Наилучшим примером служит ферментативный катализ. Люди используют биологические катализаторы – ферменты - тысячи лет в процессах брожения (для приготовления, например, молочно-кислых продуктов).

Что же такое катализ и катализатор?

В литературе встречаются различные определения катализа и катализатора. Приведем некоторые из них.

В. Оствальд: Катализатор – это такое соединение, которое ускоряет химическую реакцию, не влияя на положение равновесия.

П. Сабатье: Катализатор – вещество или система, которая изменяет скорость реакции, участвуя в последовательности стадий, но не превращаясь в продукты.

Г.К. Боресков: Феноменологически катализ – это возбуждение химических реакций или изменение их скорости под влиянием веществ – катализаторов, многократно вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой состав.

Последнее определение включает два существенных момента: катализатор входит в состав промежуточных соединений, но не фигурирует в стехиометрическом уравнении основной реакции и, следовательно, не влияет на равновесие основной реакции и не расходуется в ней. Катализатор за счет участия в образовании интермедиатов обеспечивает протекание реакции по другому пути, имеющему более низкую наблюдаемую энергию активации, и значит более высокую скорость превращения реагентов в продукты (см. рис. 1).

Химический (небиологический) катализ принято делить на гомогенный и гетерогенный. Гомогенный катализ – это такой процесс, протекающий в одной фазе, в которой находятся реагенты и катализатор. Гетерогенный катализ – это процесс, в котором катализатор – твердое вещество, а реагенты могут быть жидкими или газообразными. С участием гомогенных катализаторов протекают гомогенно-каталитические процессы, а с участием гетерогенных – гетерогенно-каталитические. Эту классификацию нельзя путать с классификацией реакционных систем по фазности (гомофазные – одна фаза, гетерофазные – несколько фаз и есть границы раздела фаз). Системы, в которых протекают гомогенно-каталитические процессы могут быть как гомофазными, так и гетерофазными.

На самом деле даже “небиологический”, т.е. неферментативный катализ был известен задолго до Либавиуса и тем более Берцелиуса.

Первый известный нам пример небиологического каталитического процесса – синтез диэтилового эфира из спирта при участии серной кислоты ( VIII в., Джабир ибн Хайам).

C 2 H 5 OH + HO-C 2 H 5 → H 2 O + C 2 H 5 -O-C 2 H 5

Вторично эта реакция была открыта в 1540 г. Валерием Кордусом и получила технологическое оформление в работах С. Фробениуса.

В XVII и XVIII вв. во время создания научных основ химии было открыто несколько каталитических реакций с участием небиологических катализаторов. Так, в 1666 г. А. Лефебр и Н. Лемери разработали камерный способ синтеза серной кислоты базируясь на предыдущих разработках. Это XVII век. И только в конце следующего, XVIII века, механизм синтеза серной кислоты изучен М. Клеманом и Х. Дезормом. Они доказали, что в реакции участвуют не только реагенты ( SO 2 и O 2 ), но и оксиды азота:

NO 2 + SO 2 + H 2 O → NO + H 2 SO 4

NO + 1/2O 2 → NO 2

Клеман и Дезорм указали, что оксиды азота – “только орудие для полного окисления серной кислоты”, и отметили два важных принципа катализа: нестехиометричность и цикличность действия оксидов азота.

Механизм вышеупомянутой реакции дегидратации этилового спирта в диэтиловый эфир изучал А. Геннель в лаб. М. Фарадея в 1828 г.

Краткая история открытия каталитических реакций представлена в таблице1.

Краткая история катализа

SO 2 + 0,5 O 2 → SO 3 / NO 2

RCOOH + R ’ OH → RCOOR ’ + H 2 O / Минеральн. к-ты

m C n H 2n → -(C n H 2n )- m / H 2 SO 4

С 2 Н 2 + Н 2 О → СН 3 СНО / Hg 2+

2 С 2 Н 2 → СН 2 =СНС≡СН / Cu ( I )

C n H 2 n + СО + Н 2 → C n H 2 n +1 СНО / Со 2 (СО) 8

С 2 Н 2 + СО + НХ→ СН 2 =СНСОХ / Ni ( CO ) 4

С 2 Н 4 + СО + Н X → СН 3 СН 2 СОХ / Ni (0), Co (0)

( X – OH , OR , NR 2 , SR )

4 С 2 Н 2 → циклооктатетраен / Ni ( CN ) 2

С 2 Н 2 + 2 CH 2 O → HOCH 2 C ≡ CCH 2 OH / Cu 2 C 2

К. Циглер, Д. Натта

m α - C n H 2 n → -( C n H 2 n )- m / TiCl 3 - AlR 3 , TiCl 4 - AlR 3 , гомог. и гетерог. катализаторы полим-ции 1-алкенов и диенов

Ю. Смидт, И.И. Моисеев

С 2 Н 4 + 0,5 О 2 → СН 3 СНО / PdCl 2 - CuCl 2

С 2 Н 4 + CH 3 COOH + 0,5 О 2 → СН 2 = СНО OCCH 3 + H 2 O / PdCl 2 -CuCl 2 -CH 3 COONa

CH 3 OH + CO → СН 3 СО OH / CoI 2

CH 3 OH + CO → СН 3 СО OH / Rh(I)-CH 3 I

Сопряж. процесс получ. стирола и оксида пропилена

С n H 2 n +1 OH → С n H 2 n + H 2 O / глина (алюмосиликат)

С 2 Н 5 ОН → СН 3 СНО + Н 2 / металлы: Ag , Cu , Ce , Fe , Ni , Pb , Sn , Mn

SO 2 + 0,5 O 2 → SO 3 / Pt

С 2 Н 4 + Н 2 → С 2 Н 6 / Pt

HCN + Н 2 → С H 3 N Н 2 / Pt

4 HCl + O 2 → 2 С l 2 + 2 H 2 O / Cu

CH 3 OH + 0,5 O 2 → С H 2 O + H 2 O / Pt

Гидрирование органических соед-й Н 2 в жидк. фазе/ Pd , Pt

СН 3 ОН+ 0,5 O 2 → С H 2 O + H 2 O ( Н 2 ) / металлы: Ag , Cu

Гидрирование и окисление орг.соед-й / Ni

2 NH 3 + 3 O 2 → NO + NO 2 + 3 H 2 O / Pt

Маттиаш, Габер, Бош ( БАСФ)

3 H 2 + N 2 = 2 NH 3 / FeO+Al 2 O 3 +Ca+K+SiO 2

СО + 2 Н 2 → С H 3 O Н / ZnO ∙ Cr 2 O 3 , ZnO ∙ CuO ∙ Cr 2 O 3

Э. Фишер, Г. Тропш

n СО + (2 n +1) Н 2 → С n H 2 n +2 + n Н 2 O / Co

2n СО + (n+1) Н 2 → С n H 2n+2 + n CO 2 / Fe

продукты содержат алкены и кислородсодерж. соед-я

С 2 Н 4 + 0,5 О 2 → (СН 2 СН 2 )О / Ag / носитель

Катал. крекинг, риформинг / MoO 3 ∙ Al 2 O 3 , Pt / Al 2 O 3

С 6 Н 6 + 4,5 О 2 → Малеинов. анг-д + 2 Н 2 О + 2 СО 2 / V 2 O 5 + промоторы

C 3 H 6 + 1,5 О 2 + NH 3 → CH 2 = CHCN + 3 Н 2 О + 2 СО 2 / MoO 3 ∙ Bi 2 O 3 ∙ P 2 O 5 + добавки

С 2 Н 4 + CH 3 COOH + 0,5 О 2 → СН 2 =СНО OCCH 3 + H 2 O / Pd ( OAc ) 2 - CH 3 COOK / SiO 2

Разделение процессов по принципу –

- гетерогенный катализ – сложилось исторически.

Действительно, на первый взгляд на ранних этапах развития катализа между этими процессами было мало общего.

Так, в гомогенном катализе реакции протекают в основном в растворе, превращение субстрата на металле-катализаторе аналогичны превращению лиганда в координационной сфере металла (то, что наблюдается в координационной химии). И тут можно получить информацию об интермедиатах процесса, о механизме элементарного акта.

В гетерогенном катализе – при поверхностном рассмотрении – нет ничего общего. Здесь основной стадией является адсорбция субстрата на активном центре и некоторую информацию получают из кинетических данных.

Такое разделение заставило исследователей рассматривать отдельно гомогенный катализ и гетерогенный катализ и не способствовало поиску общих закономерностей.

На самом деле здесь много общего. И развивались обе ветви катализа параллельно, движимые одними и теми же силами.

Что имеется в виду? – Те экономические и социальные причины, которые вызывали появление определенной группы каталитических процессов вне зависимости от того, являются ли они гомогенными или гетерогенными.

Для пояснения - истор. Параллель с великими географическими открытиями.

В катализе можно наблюдать определенные аналогии.

Конец 19 – начало 20 веков – развитие сельского хозяйства – необходимость в минеральных удобрениях –

Чилийская селитра – далеко и дорого – и как бы в ответ –

Появления габеровского процесса синтеза аммиака и процесса окисления аммиака, т.е. синтеза азотной кислоты.

В это время в промышленности в качестве источника сырья доминирует уголь, который является:

А) источником ацетилена – и появляются процессы каталитических превращений ацетилена;

Б) уголь служит источником синтез-газа (смеси СО+Н 2 ), и появляются процессы на основе этих газов.

30-40-е годы 20-го века:

Германия, активно развивающая военную промышленность и нуждающаяся в горючем для военной техники, отрезана от источников углеводородного сырья. Такая ситуация провоцирует бурный всплеск работ по получению синтетического горючего из альтернативных источников сырья –

- это работы Фишера-Тропша по созданию гетерогенных каталитических процессов

- работы Реппе по созданию гомогенных каталитических процессов.

И, наконец, 50-60-е годы прошлого века – начало бурного развития нефтехимии и химии полимеров –

Циглер и Натта создают катализаторы полимеризации олефинов, появляются процессы получения кислоролсодержащих продуктов при окислении олефинов и т.д.

Фактически можно сказать, что развитие каталитической химии в течение длинного исторического периода определялось вполне определенными экономическими и социальными причинами.

Самые ранние попытки понять механизмы ускорения реакций катализаторами относятся к началу 19-го века (одновременны со становлением химической науки). С самого начала было установлено, что для катализа необходим непосредственный контакт между реагентами и веществом-катализатором (отсюда термин – контактное действие). При контакте происходит изменение свойств реагентов – их активация. По сути дела все теории пытались объяснить, каким образом катализатор изменяет свойства реагентов, и какие свойства катализатора для этого существенны.

Катализом занимались почти все выдающиеся физики и химики 19-го века. Кроме уже названных, хотелось бы отметить отечественных ученых - Д.П. Коновалова, Н.Д. Зелинского, Д.И. Менделеева.

Что имеется в виду?

Полезность такого подхода ограничена в связи с тем, что изменить геометрическое расположение атомов на поверхности катализатора, не меняя при этом какие-либо другие его свойства, очень трудно. И, очевидно, что такое сложное явление как катализ нельзя сводить только к геометрии активных центров. Тем не менее, на сегодня эта теория имеет не только историческое значение и в связи с развитием химии кластеров некоторые положения этой теории получили несколько неожиданное освещение.

(Дать основные определения кластеров, примеры кластеров металлов VIII группы, где действительно часто реалтзуется расстояние 2.4-2.8 А – длина связи металл-металл в металлоостове (например, карбонилфосфиновые кластеры палладия – активные катализаторы гидрирования) показать сходство между ансамблем металлов на поверхности гетерогенного катализатора и металлоостовом кластеров)

Вывод: такие кластерные соединения могут служить моделями активных “ансамблей” на поверхности гетерогенного катализатора

В 50-е годы на волне успехов физики появилась Электронная теория катализа (Ю. Волькенштейн и др.). Согласно этой теории адсорбция и каталитические свойства определяются в первую очередь макроэлектронными свойствами вещества и, в частности, полупроводниковых оксидов. По Волькенштейну, скорость реакции регулируется всей массой имеющихся в катализаторе нелокализованных носителей заряда – электронов или дырок. Влияя добавками (этот процесс называется допирование) на указанные свойства (потенциал ионизации, работа выхода электрона и т.д.) можно изменять каталитические свойства оксидных катализаторов полупроводникового типа. Эта теория имела очень ограниченное применение и в настоящее время практически не используется.

Доминирующим в настоящее время является химический подход (см. выше), дополненный представлениями о важности коллективных факторов (см. ниже) и влиянии носителя в гетерогенном катализе.

Похожие страницы:

История возникновения электрохимии как науки

. развития нашего вуза, оставили яркий след в его истории. Это . Краткая . этого явления еще не было. Преобладающая в 30-х годах теория . Это позволило Ксении Михайловне выдвинуть гипотезу, объясняющую . теории флотации, по полярографии, гетерогенному катализу .

Философия и методология науки

. Эта модель (схема) подводит объясняемое явление под определенный закон - в этом . теория эволюции, изу­чающих историю (развитие) природных событий и процессов. В этих . Арбузов А.Е. Краткий очерк развития учения о катализе // Избранные работы по истории химии. .

Концепции современного естествознания (31)

. химии, биологии и экологии - это продукт междисциплинарного синтеза на основе . становления естественнонаучных картин мира, историю идей, методов науки, вы . живого, принципах эволюции, воспроизводства и развития живых систем, их целостности и гомеостазе .

Контрольная работа по Концепции современного естествознания (3)

. их краткую характеристику . истории развития земной коры и размещении в ней полезных ископаемых. Радиобиология - это . теорией, объяснявшей электрическое притяжение, была теория . явления катализа? Катализ (от греческого - восходит - разрушение) - явление .

Концепции современного естествознания. Учебно-методическое пособие

. или научных революций в истории развития науки вообще и . более точная теория в применении к этим явлениям должна давать те . гигантов. 5.Дайте краткую характеристику Солнцу. . Явление изменения скорости реакции под действием катализаторов называется катализом .

Документ из архива "Краткая история развития катализа и теорий, объясняющих это явление", который расположен в категории " ". Всё это находится в предмете "химия" из раздела "", которые можно найти в файловом архиве Студент. Не смотря на прямую связь этого архива с Студент, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "химия" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "166407"

Текст из документа "166407"

Краткая история развития катализа и теорий, объясняющих это явление.

Краткая история развития катализа и теорий, объясняющих это явление

Катализ – универсальное и очень разнообразное явление, широко распространенное в природе и используемое человечеством за тысячи лет до осознания сути каталитических процессов. Наилучшим примером служит ферментативный катализ. Люди используют биологические катализаторы – ферменты - тысячи лет в процессах брожения (для приготовления, например, молочно-кислых продуктов).

Что же такое катализ и катализатор?

В литературе встречаются различные определения катализа и катализатора. Приведем некоторые из них.

В. Оствальд: Катализатор – это такое соединение, которое ускоряет химическую реакцию, не влияя на положение равновесия.

П. Сабатье: Катализатор – вещество или система, которая изменяет скорость реакции, участвуя в последовательности стадий, но не превращаясь в продукты.

Г.К. Боресков: Феноменологически катализ – это возбуждение химических реакций или изменение их скорости под влиянием веществ – катализаторов, многократно вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой состав.

Последнее определение включает два существенных момента: катализатор входит в состав промежуточных соединений, но не фигурирует в стехиометрическом уравнении основной реакции и, следовательно, не влияет на равновесие основной реакции и не расходуется в ней. Катализатор за счет участия в образовании интермедиатов обеспечивает протекание реакции по другому пути, имеющему более низкую наблюдаемую энергию активации, и значит более высокую скорость превращения реагентов в продукты (см. рис. 1).

Химический (небиологический) катализ принято делить на гомогенный и гетерогенный. Гомогенный катализ – это такой процесс, протекающий в одной фазе, в которой находятся реагенты и катализатор. Гетерогенный катализ – это процесс, в котором катализатор – твердое вещество, а реагенты могут быть жидкими или газообразными. С участием гомогенных катализаторов протекают гомогенно-каталитические процессы, а с участием гетерогенных – гетерогенно-каталитические. Эту классификацию нельзя путать с классификацией реакционных систем по фазности (гомофазные – одна фаза, гетерофазные – несколько фаз и есть границы раздела фаз). Системы, в которых протекают гомогенно-каталитические процессы могут быть как гомофазными, так и гетерофазными.

На самом деле даже “небиологический”, т.е. неферментативный катализ был известен задолго до Либавиуса и тем более Берцелиуса.

Первый известный нам пример небиологического каталитического процесса – синтез диэтилового эфира из спирта при участии серной кислоты (VIII в., Джабир ибн Хайам).

Вторично эта реакция была открыта в 1540 г. Валерием Кордусом и получила технологическое оформление в работах С. Фробениуса.

В XVII и XVIII вв. во время создания научных основ химии было открыто несколько каталитических реакций с участием небиологических катализаторов. Так, в 1666 г. А. Лефебр и Н. Лемери разработали камерный способ синтеза серной кислоты базируясь на предыдущих разработках. Это XVII век. И только в конце следующего, XVIII века, механизм синтеза серной кислоты изучен М. Клеманом и Х. Дезормом. Они доказали, что в реакции участвуют не только реагенты (SO₂ и O₂ ), но и оксиды азота:

Клеман и Дезорм указали, что оксиды азота – “только орудие для полного окисления серной кислоты”, и отметили два важных принципа катализа: нестехиометричность и цикличность действия оксидов азота.

Механизм вышеупомянутой реакции дегидратации этилового спирта в диэтиловый эфир изучал А. Геннель в лаб. М. Фарадея в 1828 г.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Краткая история развития катализа и теорий, объясняющих это явление.

Краткая история развития катализа и теорий, объясняющих это явление

Катализ – универсальное и очень разнообразное явление, широко распространенное в природе и используемое человечеством за тысячи лет до осознания сути каталитических процессов. Наилучшим примером служит ферментативный катализ. Люди используют биологические катализаторы – ферменты - тысячи лет в процессах брожения (для приготовления, например, молочно-кислых продуктов).

Что же такое катализ и катализатор?

В литературе встречаются различные определения катализа и катализатора. Приведем некоторые из них.

В. Оствальд: Катализатор – это такое соединение, которое ускоряет химическую реакцию, не влияя на положение равновесия.

П. Сабатье: Катализатор – вещество или система, которая изменяет скорость реакции, участвуя в последовательности стадий, но не превращаясь в продукты.

Г.К. Боресков: Феноменологически катализ – это возбуждение химических реакций или изменение их скорости под влиянием веществ – катализаторов, многократно вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой состав.

Последнее определение включает два существенных момента: катализатор входит в состав промежуточных соединений, но не фигурирует в стехиометрическом уравнении основной реакции и, следовательно, не влияет на равновесие основной реакции и не расходуется в ней. Катализатор за счет участия в образовании интермедиатов обеспечивает протекание реакции по другому пути, имеющему более низкую наблюдаемую энергию активации, и значит более высокую скорость превращения реагентов в продукты (см. рис. 1).

Химический (небиологический) катализ принято делить на гомогенный и гетерогенный. Гомогенный катализ – это такой процесс, протекающий в одной фазе, в которой находятся реагенты и катализатор. Гетерогенный катализ – это процесс, в котором катализатор – твердое вещество, а реагенты могут быть жидкими или газообразными. С участием гомогенных катализаторов протекают гомогенно-каталитические процессы, а с участием гетерогенных – гетерогенно-каталитические. Эту классификацию нельзя путать с классификацией реакционных систем по фазности (гомофазные – одна фаза, гетерофазные – несколько фаз и есть границы раздела фаз). Системы, в которых протекают гомогенно-каталитические процессы могут быть как гомофазными, так и гетерофазными.

На самом деле даже “небиологический”, т.е. неферментативный катализ был известен задолго до Либавиуса и тем более Берцелиуса.

Первый известный нам пример небиологического каталитического процесса – синтез диэтилового эфира из спирта при участии серной кислоты (VIII в., Джабир ибн Хайам).

Вторично эта реакция была открыта в 1540 г. Валерием Кордусом и получила технологическое оформление в работах С. Фробениуса.

В XVII и XVIII вв. во время создания научных основ химии было открыто несколько каталитических реакций с участием небиологических катализаторов. Так, в 1666 г. А. Лефебр и Н. Лемери разработали камерный способ синтеза серной кислоты базируясь на предыдущих разработках. Это XVII век. И только в конце следующего, XVIII века, механизм синтеза серной кислоты изучен М. Клеманом и Х. Дезормом. Они доказали, что в реакции участвуют не только реагенты (SO₂ и O₂ ), но и оксиды азота:

Клеман и Дезорм указали, что оксиды азота – “только орудие для полного окисления серной кислоты”, и отметили два важных принципа катализа: нестехиометричность и цикличность действия оксидов азота.

Механизм вышеупомянутой реакции дегидратации этилового спирта в диэтиловый эфир изучал А. Геннель в лаб. М. Фарадея в 1828 г.

Краткая история открытия каталитических реакций представлена в таблице1.

Краткая история катализа

RCOOH + R’OH ? RCOOR’ + H₂O / Минеральн. к-ты

К. Циглер, Д. Натта

Ю. Смидт, И.И. Моисеев

Сопряж. процесс получ. стирола и оксида пропилена

С₂Н₅ОН ? СН₃СНО + Н₂ / металлы: Ag,Cu, Ce, Fe, Ni, Pb, Sn, Mn

Гидрирование органических соед-й Н₂ в жидк. фазе/ Pd, Pt

Гидрирование и окисление орг.соед-й / Ni

Маттиаш, Габер, Бош (БАСФ)

Э. Фишер, Г. Тропш

продукты содержат алкены и кислородсодерж. соед-я

Разделение процессов по принципу –

- гетерогенный катализ – сложилось исторически.

Действительно, на первый взгляд на ранних этапах развития катализа между этими процессами было мало общего.

Так, в гомогенном катализе реакции протекают в основном в растворе, превращение субстрата на металле-катализаторе аналогичны превращению лиганда в координационной сфере металла (то, что наблюдается в координационной химии). И тут можно получить информацию об интермедиатах процесса, о механизме элементарного акта.

В гетерогенном катализе – при поверхностном рассмотрении – нет ничего общего. Здесь основной стадией является адсорбция субстрата на активном центре и некоторую информацию получают из кинетических данных.

Такое разделение заставило исследователей рассматривать отдельно гомогенный катализ и гетерогенный катализ и не способствовало поиску общих закономерностей.

На самом деле здесь много общего. И развивались обе ветви катализа параллельно, движимые одними и теми же силами.

Что имеется в виду? – Те экономические и социальные причины, которые вызывали появление определенной группы каталитических процессов вне зависимости от того, являются ли они гомогенными или гетерогенными.

Для пояснения - истор. Параллель с великими географическими открытиями.

В катализе можно наблюдать определенные аналогии.

Конец 19 – начало 20 веков – развитие сельского хозяйства – необходимость в минеральных удобрениях –

Чилийская селитра – далеко и дорого – и как бы в ответ –

Появления габеровского процесса синтеза аммиака и процесса окисления аммиака, т.е. синтеза азотной кислоты.

В это время в промышленности в качестве источника сырья доминирует уголь, который является:

А) источником ацетилена – и появляются процессы каталитических превращений ацетилена;

Б) уголь служит источником синтез-газа (смеси СО+Н₂), и появляются процессы на основе этих газов.

30-40-е годы 20-го века:

Германия, активно развивающая военную промышленность и нуждающаяся в горючем для военной техники, отрезана от источников углеводородного сырья. Такая ситуация провоцирует бурный всплеск работ по получению синтетического горючего из альтернативных источников сырья –

- это работы Фишера-Тропша по созданию гетерогенных каталитических процессов

- работы Реппе по созданию гомогенных каталитических процессов.

И, наконец, 50-60-е годы прошлого века – начало бурного развития нефтехимии и химии полимеров –

Циглер и Натта создают катализаторы полимеризации олефинов, появляются процессы получения кислоролсодержащих продуктов при окислении олефинов и т.д.

Фактически можно сказать, что развитие каталитической химии в течение длинного исторического периода определялось вполне определенными экономическими и социальными причинами.

Самые ранние попытки понять механизмы ускорения реакций катализаторами относятся к началу 19-го века (одновременны со становлением химической науки). С самого начала было установлено, что для катализа необходим непосредственный контакт между реагентами и веществом-катализатором (отсюда термин – контактное действие). При контакте происходит изменение свойств реагентов – их активация. По сути дела все теории пытались объяснить, каким образом катализатор изменяет свойства реагентов, и какие свойства катализатора для этого существенны.

Катализом занимались почти все выдающиеся физики и химики 19-го века. Кроме уже названных, хотелось бы отметить отечественных ученых - Д.П. Коновалова, Н.Д. Зелинского, Д.И. Менделеева.

Что имеется в виду?

Полезность такого подхода ограничена в связи с тем, что изменить геометрическое расположение атомов на поверхности катализатора, не меняя при этом какие-либо другие его свойства, очень трудно. И, очевидно, что такое сложное явление как катализ нельзя сводить только к геометрии активных центров. Тем не менее, на сегодня эта теория имеет не только историческое значение и в связи с развитием химии кластеров некоторые положения этой теории получили несколько неожиданное освещение.

(Дать основные определения кластеров, примеры кластеров металлов VIII группы, где действительно часто реалтзуется расстояние 2.4-2.8 А – длина связи металл-металл в металлоостове (например, карбонилфосфиновые кластеры палладия – активные катализаторы гидрирования) показать сходство между ансамблем металлов на поверхности гетерогенного катализатора и металлоостовом кластеров)

Вывод: такие кластерные соединения могут служить моделями активных “ансамблей” на поверхности гетерогенного катализатора

В 50-е годы на волне успехов физики появилась Электронная теория катализа (Ю. Волькенштейн и др.). Согласно этой теории адсорбция и каталитические свойства определяются в первую очередь макроэлектронными свойствами вещества и, в частности, полупроводниковых оксидов. По Волькенштейну, скорость реакции регулируется всей массой имеющихся в катализаторе нелокализованных носителей заряда – электронов или дырок. Влияя добавками (этот процесс называется допирование) на указанные свойства (потенциал ионизации, работа выхода электрона и т.д.) можно изменять каталитические свойства оксидных катализаторов полупроводникового типа. Эта теория имела очень ограниченное применение и в настоящее время практически не используется.

Доминирующим в настоящее время является химический подход (см. выше), дополненный представлениями о важности коллективных факторов (см. ниже) и влиянии носителя в гетерогенном катализе.

Краткая история развития катализа и теорий, объясняющих это явление ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Краткая история развития катализа и теорий, объясняющих это явление.

Краткая история развития катализа и теорий, объясняющих это явление

Катализ — универсальное и очень разнообразное явление, широко распространенное в природе и используемое человечеством за тысячи лет до осознания сути каталитических процессов. Наилучшим примером служит ферментативный катализ. Люди используют биологические катализаторы — ферменты — тысячи лет в процессах брожения (для приготовления, например, молочно-кислых продуктов).

Что же такое катализ и катализатор?

В литературе встречаются различные определения катализа и катализатора. Приведем некоторые из них.

В. Оствальд: Катализатор — это такое соединение, которое ускоряет химическую реакцию, не влияя на положение равновесия.

П. Сабатье: Катализатор — вещество или система, которая изменяет скорость реакции, участвуя в последовательности стадий, но не превращаясь в продукты.

Г. К. Боресков: Феноменологически катализ — это возбуждение химических реакций или изменение их скорости под влиянием веществ — катализаторов, многократно вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой состав.

Последнее определение включает два существенных момента: катализатор входит в состав промежуточных соединений, но не фигурирует в стехиометрическом уравнении основной реакции и, следовательно, не влияет на равновесие основной реакции и не расходуется в ней. Катализатор за счет участия в образовании интермедиатов обеспечивает протекание реакции по другому пути, имеющему более низкую наблюдаемую энергию активации, и значит более высокую скорость превращения реагентов в продукты (см. рис. 1).

Химический (небиологический) катализ принято делить на гомогенный и гетерогенный. Гомогенный катализ — это такой процесс, протекающий в одной фазе, в которой находятся реагенты и катализатор. Гетерогенный катализ — это процесс, в котором катализатор — твердое вещество, а реагенты могут быть жидкими или газообразными. С участием гомогенных катализаторов протекают гомогенно-каталитические процессы, а с участием гетерогенных — гетерогенно-каталитические. Эту классификацию нельзя путать с классификацией реакционных систем по фазности (гомофазные — одна фаза, гетерофазные — несколько фаз и есть границы раздела фаз). Системы, в которых протекают гомогенно-каталитические процессы могут быть как гомофазными, так и гетерофазными.

Первый известный нам пример небиологического каталитического процесса — синтез диэтилового эфира из спирта при участии серной кислоты (VIII в., Джабир ибн Хайам).

Вторично эта реакция была открыта в 1540 г. Валерием Кордусом и получила технологическое оформление в работах С. Фробениуса.

В XVII и XVIII вв. во время создания научных основ химии было открыто несколько каталитических реакций с участием небиологических катализаторов. Так, в 1666 г. А. Лефебр и Н. Лемери разработали камерный способ синтеза серной кислоты базируясь на предыдущих разработках. Это XVII век. И только в конце следующего, XVIII века, механизм синтеза серной кислоты изучен М. Клеманом и Х. Дезормом. Они доказали, что в реакции участвуют не только реагенты (SO₂ и O₂), но и оксиды азота:

Механизм вышеупомянутой реакции дегидратации этилового спирта в диэтиловый эфир изучал А. Геннель в лаб. М. Фарадея в 1828 г.

Краткая история открытия каталитических реакций представлена в таблице1.

Краткая история катализа

RCOOH + R’OH > RCOOR' + H₂O / Минеральн. к-ты

К. Циглер, Д. Натта

Ю. Смидт, И.И. Моисеев

Сопряж. процесс получ. стирола и оксида пропилена

С₂Н₅ОН > СН₃СНО + Н₂ / металлы: Ag, Cu, Ce, Fe, Ni, Pb, Sn, Mn

Гидрирование органических соед-й Н₂ в жидк. фазе/ Pd, Pt

Гидрирование и окисление орг. соед-й / Ni

Маттиаш, Габер, Бош (БАСФ)

Э. Фишер, Г. Тропш

продукты содержат алкены и кислородсодерж. соед-я

Разделение процессов по принципу ;

— гетерогенный катализ — сложилось исторически.

Действительно, на первый взгляд на ранних этапах развития катализа между этими процессами было мало общего.

Так, в гомогенном катализе реакции протекают в основном в растворе, превращение субстрата на металле-катализаторе аналогичны превращению лиганда в координационной сфере металла (то, что наблюдается в координационной химии). И тут можно получить информацию об интермедиатах процесса, о механизме элементарного акта.

Такое разделение заставило исследователей рассматривать отдельно гомогенный катализ и гетерогенный катализ и не способствовало поиску общих закономерностей.

На самом деле здесь много общего. И развивались обе ветви катализа параллельно, движимые одними и теми же силами.

Что имеется в виду? — Те экономические и социальные причины, которые вызывали появление определенной группы каталитических процессов вне зависимости от того, являются ли они гомогенными или гетерогенными.

Для пояснения — истор. Параллель с великими географическими открытиями.

В катализе можно наблюдать определенные аналогии.

Так, 18−19 века в целом характеризуются бурным развитием промышленности, однако химическая промышленность только начинает зарождаться, востребованы в больших количествах в первую очередь минеральные кислоты, поэтому появляются каталитические процессы получения H₂SO₄ (и гомогенные, и гетерогенные), затем — процессы получения HNO₃.

Конец 19 — начало 20 веков — развитие сельского хозяйства — необходимость в минеральных удобрениях ;

Чилийская селитра — далеко и дорого — и как бы в ответ ;

Появления габеровского процесса синтеза аммиака и процесса окисления аммиака, т. е. синтеза азотной кислоты.

В это время в промышленности в качестве источника сырья доминирует уголь, который является:

А) источником ацетилена — и появляются процессы каталитических превращений ацетилена;

Б) уголь служит источником синтез-газа (смеси СО+Н₂), и появляются процессы на основе этих газов.

30−40-е годы 20-го века:

Германия, активно развивающая военную промышленность и нуждающаяся в горючем для военной техники, отрезана от источников углеводородного сырья. Такая ситуация провоцирует бурный всплеск работ по получению синтетического горючего из альтернативных источников сырья ;

— это работы Фишера-Тропша по созданию гетерогенных каталитических процессов

— работы Реппе по созданию гомогенных каталитических процессов.

И, наконец, 50−60-е годы прошлого века — начало бурного развития нефтехимии и химии полимеров ;

Циглер и Натта создают катализаторы полимеризации олефинов, появляются процессы получения кислоролсодержащих продуктов при окислении олефинов и т. д.

Фактически можно сказать, что развитие каталитической химии в течение длинного исторического периода определялось вполне определенными экономическими и социальными причинами.

Теории катализа

Самые ранние попытки понять механизмы ускорения реакций катализаторами относятся к началу 19-го века (одновременны со становлением химической науки). С самого начала было установлено, что для катализа необходим непосредственный контакт между реагентами и веществом-катализатором (отсюда термин — контактное действие). При контакте происходит изменение свойств реагентов — их активация. По сути дела все теории пытались объяснить, каким образом катализатор изменяет свойства реагентов, и какие свойства катализатора для этого существенны.

Катализом занимались почти все выдающиеся физики и химики 19-го века. Кроме уже названных, хотелось бы отметить отечественных ученых — Д. П. Коновалова , Н. Д. Зелинского , Д. И. Менделеева .

Что имеется в виду?

Введение

Полезность такого подхода ограничена в связи с тем, что изменить геометрическое расположение атомов на поверхности катализатора, не меняя при этом какие-либо другие его свойства, очень трудно. И, очевидно, что такое сложное явление как катализ нельзя сводить только к геометрии активных центров. Тем не менее, на сегодня эта теория имеет не только историческое значение и в связи с развитием химии кластеров некоторые положения этой теории получили несколько неожиданное освещение.

(Дать основные определения кластеров, примеры кластеров металлов VIII группы, где действительно часто реалтзуется расстояние 2.4−2.8 А — длина связи металл-металл в металлоостове (например, карбонилфосфиновые кластеры палладия — активные катализаторы гидрирования) показать сходство между ансамблем металлов на поверхности гетерогенного катализатора и металлоостовом кластеров)

Доминирующим в настоящее время является химический подход (см. выше), дополненный представлениями о важности коллективных факторов (см. ниже) и влиянии носителя в гетерогенном катализе.

Читайте также:

  
• Частные и специальные методы научного исследования реферат
  
• Модели управления производством реферат
  
• Интеллектуальные виды спорта реферат
  
• Система и окружающая среда реферат
  
• Интернет в жизни студента реферат