Адсорбция и катализ

Адсорбция является важной стадией многих гетерогенных реакций. Её роль особенно велика в каталитических реакциях. Кроме того, адсорбционные явления весьма распространены (адсорбция газов, красящих веществ, адсорбционное действие мыла и т.д.).

Адсорбция – экзотермический самопроизвольный процесс концентрирования вещества из объёма фаз на поверхности раздела между ними.

Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом, а поглощаемое из объёма фазы – адсорбатом.

Адсорбция на твердом адсорбенте происходит за счёт того, что его поверхность имеет многочисленные ультрамикроскопические выступы и углубления. У атомов, находящихся на выступах не использованы силы электростатического взаимодействия, вследствие чего они способны к взаимодействию с атомами или молекулами из окружающей среды (фазы). Участки поверхности, способные к адсорбции, называются активными центрами.

Для бó льшего адсорбционного эффекта адсорбенты должны иметь развитую поверхность. Это свойственно веществам, имеющим пористую или губчатую структуру, или находящимся в состоянии тонкого измельчения. Хорошими адсорбентами являются активированный уголь, силикагель, некоторые сорта глин, фильтровальная бумага, шерсть, шёлк и другие материалы.

Катализ – изменение скорости химической реакции под влиянием катализатора. Катализаторы – вещества, которые, участвуя в процессе, изменяют скорость реакции, но остаются неизменными по количеству и химическому составу.

Различают два вида катализа: гомогенный и гетерогенный.

При гомогенном катализе и реагирующие вещества, и катализатор находятся в одной фазе (жидкой или газообразной). В этом случае образуются промежуточные активные комплексы, в результате чего энергия активации уменьшается, а скорость реакции возрастает.

При гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах, т.е. между ними существует поверхность раздела. Действие катализатора в гетерогенном катализе связано с адсорбцией реагирующих веществ на его поверхности. Адсорбированные молекулы становятся более активными, снижается энергия активации и возрастает скорость реакции.

Каталитические реакции протекают при более низкой температуре, чем реакции в отсутствие катализаторов. Это показатель того, что главной причиной ускорения процесса является снижение энергии активации за счёт катализатора.