Техника - молодёжи 1953-07, страница 19

Поиски и совершенствование катализаторов - дело очень важное и многообещающее.

В результате многочисленных исследований выяснены многие основные черты каталитических процессов.

Катализаторы, как мы уже говорили, после реакции остаются химически неизмененными. Если иногда и наблюдается то или иное изменение, то оно всегда вызывается каким-нибудь побочным процессом, не связанным непосредственно с самим явлением катализа, например действием примесей к исходным газам. При работе с чистыми газами катализатор дает возможность получить огромное по сравнению с его весом количество продукта. И все же катализаторы не вечны, быстрее или медленнее они выходят из строя, теряют активность и требуют замены. Иногда наблюдается просто разрушение катализаторов, например платиновых сеток при окислении аммиака в окислы азота. Иногда активность катализатора падает без видимого рушения его поверхности; тогда мы говорим об утомлении катализатора. Присутствие в газе тех или иных примесей, способных давать химические соединения с катализатором или срочно адсорбироваться на его поверхности» быстро снижает активность катализатора, катализатор «отравляется». С другой стороны. известно, что в ряде случаев те или иные примеси к катализатору резко повышают его активность. Такие примеси называют активаторами, или промоторами. Случается, что примесь, в малых количествах являющаяся промотором, если ее содержание возрастает, начинает «отравлять» катализатор, становится ядом. Нередки случаи, когда смесь двух или трех веществ является неизмеримо лучшим катализатором, чем каждое вещество в отдельности. Такие катализаторы называют смешанными.

Чрезвычайно большое значение имеет физическая структура катализатора и способ его приготовления. Можно изготовить два препарата, практически тождественных по своему химическому составу, из которых один будет активным катализатором, а другой совершенно инертным веществом.

Уже из этого краткого перечня характерных особенностей катализаторов ясно, как трудно найти хороший катализатор, идя путем простого подбора, эмпирически, и как важно понимать механизм действия катализаторов, чтобы облегчить эти поиски.

Что же известно о природе явления катализа, о причинах каталитического действия?

Катализаторы химически не изменяются за время процесса. Значит ли это, что и во время самого процесса они совершенно инертны, не принимают в нем никакого участия? Думать так было бы ошибочно. Катализатор ослабляет химические связи — он не может оставаться в роли безучастного свидетеля, а должен принимать активное участие в процессе.

В этом можно убедиться, взглянув на фотографии, взятые из работы С. Э. Рогинского, И. И. Третьякова и Л. Б. Шехтер.

Перед нами один и тот же участок поверхности палладиевой пластинки — катализатора. Слева — до

работы, справа—после того, как она * ♦

3 * «Техника—молодежи» № 7

Участки пластинок катализатора: до работы после работы

При производстве серкой кислоты пла' тиновый (а также и ванадиевый) кета-лизатор работает десятки лет При этом 1 кг платины производит более 10 млн, кь серного ангидрида.

120 часов помогала реакции образования воды из водорода и кислорода. Снимки сделаны при увеличении в 15 тыс. раз с помощью электронного микроскопа. Посмотрите, как разительно изменилась после работы поверхность пластинки!

Можно ли считать, что эти изменения вызваны энергией, выделяющейся при образовании воды из водорода и кислорода? Правда, энергии выделяется много, но она сейчас же рассеивается, распределяется между окружающими молекулами. Для того чтобы поверхность металла так сильно изменилась, необходимо концентрированное воздействие энергии. Такое воздействие возможно лишь в том случае,, если атомы металла принимают непосредственное участие в каждом

акте химического процесса, испытывают воздействие энергии в самый момент ее выделения, до того, как она рассеется.

В настоящее время все теории катализатора сходятся на том, что катализатор и молекулы реагирующих веществ химически взаимодействуют. Это взаимодействие особого рода — катализатор все время как бы *вы ходит из игры», не оставаясь связанным в химическое соединение. Как же это происходит?

Вот одно из объяснений - наиболее простое и наиболее старое. Катализатор реагирует с одним из участников реакции, но образовавшийся продукт сейчас же взаимодействует с другим участником, освобождая катализатор. Так, например, реакцию окисления окиси углерода кислородом на катализаторе — окиси меди можно по этой схеме представить так:

CO+CttO-*Cu-fCQ₂ 2Ctt+Otf»2CuQ

Нетрудно видеть, что в сумме идет процесс: 2CO+CV* 2СО*, а окись меди после окончания реакции остается химически неизмененной. Подобг-кые схемы последовательных стадий широко распространены и теперь при объяснении многих каталитических реакций. Вероятно, в ряде случаев они соответствуют действительности. Но на твердых катализаторах эта схема, поводимому, непригодна.

Недавно в Институте физической химии имени Л. В. Писаржевского Академии наук Украинской ССР правильность описанного механизма была подвергнута непосредственной проверке.

Оказалось, что в этом случае катализ идет не по той схеме, о которой мы говорили. Много и других фактов говорит против представлений о катализе, как о ряде химических реакций с катализатором, протекающих одна за другой.

Более правильными, повидимоку, являются иные представления.

кАталиэатдо