Влияние катализаторов на реакционную систему на примере синтеза Фишера-Тропша

Цель
Установить, как катализаторы влияют на протекание и продукты реакции
2

Задачи
1.Рассмотреть, что такое катализатор и его влияние на реакцию.
2.Изучить механизм процесса Фишера-Тропша.
3.Предложить каталитические системы, продукты в которых изменяются в зависимости от условий проведения.
4.Описать механизмы, объясняющие различия в протекании реакций.
3

Влияние катализатора на протекание реакций
Катализатор - вещество, которое повышает скорость химической реакции, но само в ней не расходуется.
4
[1]

Основные типы катализаторов в кислотно-основных процессах
Кислота по Бренстеду (HCl, H2SO4 , ROH, ) – вещество, способное отдать протон, а основание (OH− , NH3 , RO− ) – принять. Кислота по Льюису (BF3 , AlCl3) – вещество, способное принять пару электронов, а основание (NH3) – отдать.

Реакция Фишера-Тропша
5
[1]

Механизм реакции Фишера-Тропша
1) адсорбция реагентов на поверхности катализатора,
2) образование активных частиц,
3) рост углеводородной цепи,
4) обрыв цепи,
5) десорбция продуктов с поверхности катализатора,
6) вторичная адсорбция продуктов на поверхности катализатора,
7) вторичные, побочные реакции.
6
[2]

Адсорбция реагентов на поверхности катализатора
Н2,газ → Н2, адс Н2,газ → 2Надс
селективность определяется адсорбцией СО
1.ассоциация 2.диссоциация
7
[2]

Диссоциация СО на разных металлах происходит при разных температурах. Так, на Fe, Mn, Cr, Mo, W монооксид углерода диссоциирует уже при комнатной температуре, на Co, Ni, Ru, Rh и Os ó ниже 200 °С, а на Cu, Pt и Pd ó выше 300 °С. Рис. 1 иллюстрирует характер адсорбции СО на переходных металлах.
[4]

Общий вид сорбции
Вероятность протекания реакций (3) и (4) и соотношение их скоростей определяются природой металла, обуславливающей реакционную способность кислорода по отношению к водороду и оксиду углерода.
8
[2]

Образование активных частиц
На каталитической поверхности содержится целый ряд активных частиц (С, СО, СО2, Н2О, О, Н, Н2 и т.д.), которые могут одновременно сосуществовать и взаимодействовать между собой и с образовавшимися из СО и Н2 радикалами
9
[2]

Cn,адс + С1,адс → Сn+1,адс
[5]
Рост цепи
10
[2]

Обрыв цепи
Бексислородных соединений
Кислородосодержащих соединений
11
[2]

Десорбция продуктов
В каталитической системе десорбция вновь образующихся соединений затруднена из-за диффузии через слой ранее образовавшихся жидких продуктов. В результате продукты синтеза накапливаются внутри зерен катализатора, что увеличивает время контакта этих соединений с катализатором и способствует протеканию вторичных превращений.
12
[2]

Реакция гидрирования алкинов
Механизм гидрирования алкинов
13
Вид частиц, сорбированных на поверхности катализатора
[3]

Реакция межмолекулярной дегидратации спиртов
[3]
14

Реакция дегидратации спиртов в кислой среде
15
[4]

Заключение
Таким образом, нами был рассмотрен процесс Фишера-Тропша, а также предложены примеры реакций, в которых показано влияние природы катализатора/условий среды на механизм протекания реакции и состав продуктов. Мы демонстрируем, что, действительно, для подобных сложных процессов условия среды и катализатор оказывают значительное влияние, регулируя селективное протекание реакции по одному из возможных путей.
16

Источники информации
А. А. Кубасов «Почему катализатор ускоряет химические реакции» 2001г
А. Л. Лапидус, А. Ю. Крылова “О механизме образования жидких углеводородов из СО и Н2 на кобальтовых катализаторах” 1997г
В. В. Еремин “Химия 10 класс. Углубленный уровень” 2014 г.
А. В. Мануйлов, В. И. Родионов “Основы химии”Глава 9 Термохимия, скорость химической реакции и химическое равновесие §9.6 Катализ 1998 г
17

Спасибо за внимание