НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Сравнение скоростей реакций гомогенного и гетерогенного катализа

Интересно сравнить скорости реакций гетерогенного катализа, происходящего на поверхности твердого катализатора, с гомогенными катализаторами с одинаковой энергией активации.

Разница обусловлена тем, что в гетерогенных каталитических реакциях концентрация катализатора заменяется количеством поверхностных участков, на которых могут происходить промежуточные взаимодействия с реагирующими веществами. Более того, число состояний этих поверхностных участков близко к единице, поскольку отсутствует трансляционное или вращательное движение. Если активный комплекс расположен на определенной поверхности, то число состояний будет того же порядка. Не исключена двумерная миграция активного комплекса на поверхность катализатора, но при наличии химических связей с катализатором эта возможность очень мала.

Если активный комплекс локализован на поверхности твердого катализатора, то отношение скоростей гетерогенного и гомогенного катализа при одинаковой энергии активации определяется соотношением:

где		-	суммы состояний катализатора и активированного комплекса соответственно;
		-	концентрация катализатора при гомогенном катализе;
		-	число мест на поверхности твѐрдого катализатора, на которых может осуществляться промежуточное химическое взаимодействие.

Значение меньше единицы, но не отличается существенно.

В газообразной системе с содержанием катализатора 10% при атмосферном давлении составляет порядка 10¹⁸. В случае раствора, из-за его плотности, значение может быть порядка 10²⁰-10²¹. В случае твердых катализаторов число элементарных участков составляет 10¹⁵ на см² и 10¹⁹ на м² для гомогенных систем. Большинство промышленных катализаторов имеют площадь внутренней поверхности от десятков до сотен м²/см³. Однако необходимо учитывать, что в большинстве случаев только в этой области поверхности происходит процесс взаимодействия с реактивами - каталитическая стадия реакции. Доля этих активных участков сильно варьируется в зависимости от типа катализатора.

Из этого соотношения можно сделать вывод, что препотентный фактор в выражении скорости реакции не имеет существенных различий между гетерогенными и гомогенными каталитическими реакциями. Решающее влияние на скорость каталитической реакции оказывает уменьшение энергии активированного комплекса на всех стадиях пути каталитической реакции.