1 Общие представления о катализе. История открытия катализа

Скорость процесса - чрезвычайно важный фактор, определяю­щий производительность оборудования химических производств. Поэ­тому одна из основных задач, поставленных перед химией, это поиск путей увеличения скоростей реакций. Другая не менее важная задача современной химии, обусловленная возрастающими масштабами производства - повышение избирательности (селективности) химичес­ких превращений в полезные продукты, уменьшение количества выбро­сов и отходов. С этим связана, кроме того, охрана окружающей сре­ды и более рациональное использование истощающихся, природных ресурсов.

Для достижения всех этих целей нужны верные средства, и та­кими средствами служат, прежде всего, катализаторы.

Сердце любой каталитической установки - реактор, и главное, что определяет ее производительность - это сам катализатор. Каж­дый катализатор обеспечивает определенный выход продукта, облада­ет строго определенной активностью, селективностью, стабильностью и другими характеристиками.

Открытие замечательного явления, которое относится к одному из фундаментальных в природе, восходит к началу 19-го века (1806г.) когда Н. Клеман и Ш. Дезорм опубликовали данные об уско­рении процесса окисления сернистого газа в присутствии окислов азота при камерном производстве серной кислоты. Шесть лет спустя К.С.Кирхгоф изложил результаты наблюдений об ускорении гидролиза крахмала до глюкозы в присутствии разбавленных минеральных кислот. Этими наблюдениями открыта эпоха экспериментального изучения нео­бычных для того времени химических явлений, которым шведский уче­ный И.Я. Берцелиус дал в 1835 году общее название катализ, от греческого слова "каталоо" - разрушать.

Когда-то катализ рассматривался как особое, немного таин­ственное явление, со специфическими законами, раскрытие которых должно было сразу в общей форме решить задачу подбора. Сейчас мы знаем, что это не так. Катализ по своей сущности химическое явле­ние.

Определение катализа

" Катализ можно определить как возбуждение химических реакций или изменение их скорости под действием веществ - катализаторов, многократно вступающих в промежуточные химические взаимодействия с участниками реакции и восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой состав".

Академик Г.К.Боресков.

Два положения в науке о катализе следует сразу выделить и подчеркнуть. Первое положение включает в себя определение понятия катализатор. Катализатор - вещество, которое ускоряет определен­ную реакцию, непос-редственно участвуя в ней, но после окончания реакции выделяется вновь в химически неизменном виде.

Второе по­ложение заключается в том, что катализатор лишь ускоряет реак­цию, а не смещает равновесие реакции в сторону образования целево­го продукта.

В настоящее время принято различать три области (типа) ката­лиза:

1. Гомогенный, когда реакционная смесь и катализатор находят­ся или в жидком или газообразном состоянии.

2. Гетерогенный - катализатор в виде твердого вещества, а ре­агирующее соединение в виде раствора или газообразной смеси.

3. Ферментативный - катализатором служат сложные белковые образования, ускоряющие течение биологически важных реакций в орга­низмах.

Подтипы катализа

Грани между этими областями катализа все больше и больше сти­раются. "География" катализа чрезвычайно широка и многообразна - от многото-нажного производства органических и неорганических веществ до управления жизненно важными биохимическими процесами в живой клетке. Катализом занимаются исследователи различных профи­лей и направлений. Даже простой перечень основных направлений по катализу занял бы довольно много времени.

Примечательным оказалось то, что чем шире и глубже мы иссле­дуем механизм химических реакций, тем больше находим среди них каталитических процессов. В связи с этим возникла шутка: все про­цессы в химии делятся на каталитические и на те, где факт ка­тализа еще не обнаружен.

Крупный вклад в развитие теории и практики катализа внесли классические работы таких выдающихся отечественных ученых, как:

Н.Д.Зелинский, А.А.Баландин, Б.А.Казанский, Г.К.Боресков,

Ф.Ф. Волькенштейн, Н.М.Эмануель, М.Е.Вольпин, А.Е.Шилов, И.И.Моисеев,

Д.В.Сокольский, И.В.Березин, В.А.Кабанов, В.А.Долгоплоск и др.