20. Понятие о гетерогенном катализе. Стадии гетерогенной каталитической реакции. Роль адсорбции в гетерогенном катализе. Энергетическая диаграмма гетерогенной каталитической реакции.

Гетерогенный катализ осуществляется на границе раздела катализатор – реагирующая система. Гетерогенная каталитическая реакция осуществляется в пять стадий: подвод, адсорбция, химическая реакция, десорбция, отвод. Основную роль в нем играет адсорбция. Каталитическое воздействие поверхности сводится к двум факторам: увеличение концентрации на границе раздела и активирование адсорбированных молекул. При гетерогенном катализе снижается энергия активации реагирующей системы за счет энергии адсорбции и повышения концентрации реагирующего вещества на границе раздела – в результате скорость химических реакций возрастает. Скорость каталитической реакции пропорциональна площади поверхности катализатора. От энергетической диаграммы гомогенного катализа энергетическая диаграмма гетерогенного катализа отличается наличием энтельпий адсорбции и десорбции. Только некоторое оптимальное сочетание энергии активации, энтальпии адсорбции и десорбции будет способствовать ускорению каталитического процесса.

(ЭД адсорбции) (ЭД гомогенного катализа) (ЭД гетерогенного катализа)

21. Растворы. Современные представления о физико-химических процессах образования растворов. Энергетические эффекты при растворении. Ненасыщенные, насыщенные и перенасыщенные растворы.

Растворимость. Зависимость растворимости твердых веществ и газов в жидкостях от температуры, давления. Закон Генри-Дальтона. Способы выражения концентрации растворов.

Растворы – гомогенная система, состоящая не менее чем из двух компонентов. По количественному соотношению различают растворитель и растворенное вещество. Как правило, растворитель – вещество, количество которого больше и агрегатное состояние совпадает с агрегатным состоянием раствора. Различают жидкие растворы (жидкость – газ, жидкость – жидкость, жидкость – твердое тело), твердые растворы – кристалл, кристаллическая решетка которого постороена из двух или нескольких компонентов. Газообразная смесь разных газов не является раствором, поскольку при смешении газов избирательности не наблюдается, а межмолекулярное взаимодействие не учитывается.

Процесс растворения молекул газа в жидкости можно представить в виде отдельных стадий: первая – это контакт между молекулами газа и пограничным слоем жидкости, создающийся в результате теплового движения молекул газа, вторая – установление взаимодействия между молекулами газа и молекулами поверхности раздела жидкости, третья – диффузия растворенного газа в объем жидкости. Растворение твердого тела в жидкостях также сводится к взаимодействию между частицами, входящими в кристаллическую решетку, и молекулами растворителя из пограничного слоя. Если энергия возникающих связей достаточно велика, то начинается разрушение кристалла и диффузия частиц из кристаллической решетки в объем растворителя. Комплексы между молекулами растворителя и молекулами растворяемого вещества могут обладать различной устойчивостью и различной энергией связи. Взаимодействие частиц растворенного вещества с частицами растворителя называется сольватацией, в случае воды – гидрация.

Образование растворов протекает как с выделением теплоты, так и с ее поглощением, поскольку сопровождается эндотермическими процессами разрушения исходных связей растворителя и растворенного вещества и экзотермическим процессом образования новых связей (сольватацией).

Ненасыщенный раствор: раствор, в котором вещество еще может растворится при данной температуре.

Насыщенный раствор: раствор, в котором вещество не может раствориться при денной температуре.

Перенасыщенный раствор: раствор, в котором вещества содержится больше, чем может раствориться при денной температуре.

Сж= k_p, Cж – концентрация, р – давление газа, L – константа распределения, R – газовая постоянная, T – температура.

Закон Генри – Дальтона: Растворимость газа при постоянной температуре прямопропорциональна давлению газа над жидкостью. Если над данной жиднной жидкостью находится смесь газов, то каждый из них растворятся в жидкости пропорционально своему парциальному давлению.

При повышении температуры растворимость газа в жидкости уменьшается, так как кроме температуры, входящей в знаменатель выражения, от температуры зависит еще и коэффициент распределения. Зависимость растворимости газа от температуры и давления находится в полном соответствии с правилом фаз Гиббса.

Для выражения состава раствора и содержания растворенного вещества применяют различные способы: массовая доля компонента (отношение массы компонента к массе раствора), молярная доля (отношение числа молей компонента к сумме молей всех компонентов), моляльность (число молей растворенного вещества, приходящихся на 1кг растворителя), молярность (число молей растворенного вещества в 1л раствора), нормальность (число молей химического эквивалента растворенного вещества в 1л раствора), массовая концентрация (масса растворенного вещества в 1л раствора). Для экспериментального нахождения концентрации раствора используют количественный анализ или титриметрию.