Негізгі айырмашылық – біртекті және гетерогенді катализатор
Катализаторлардың түрлері көп, бірақ оларды негізінен біртекті катализаторлар және гетерогенді катализаторлар деп екі топқа бөлуге болады. Біртекті және гетерогенді катализаторлардың негізгі айырмашылығы біртекті катализаторларды әрқашан сұйық фазада табуға болады, ал гетерогенді катализаторларды заттың барлық үш фазасында табуға болады: қатты фаза, сұйық фаза және газ фазасы.
Катализаторлар - жұмсақ жағдайларда максималды өнімді алу үшін қолданылатын қосылыстар. Бұл дегеніміз, катализаторлар белгілі бір реакцияның шығымын арттырып, реакцияны жылдамдата алады.
Біртекті катализатор дегеніміз не?
Біртекті катализаторлар реакция фазасына түсетін заттармен бір фазада болатын каталитикалық қосылыстар. Бұл біртекті катализаторлар көбінесе сұйық фазада болады. Біртекті катализаторларды алу салыстырмалы түрде қиын және қымбат, өйткені катализатор реакциялық қоспамен бірдей фазада. Бұл катализаторды бөлу қиын екенін білдіреді. Біртекті катализаторлардың термиялық тұрақтылығы да нашар. Біртекті катализаторлар үшін ең көп тараған мысал – метакомплекстер.
01-сурет: Катализаторлардың әрекеті
Біртекті катализаторлар төмен температура жағдайында (250◦C төмен) тиімді белсенді. Бұл катализаторлардың каталитикалық белсенділігі гетерогенді катализаторлармен салыстырғанда орташа. Дегенмен, таңдау қабілеті жоғары. Біртекті катализаторды қайта өңдеу қымбатқа түседі, өйткені каталитикалық қалпына келтіру қиын. Бірақ катализаторды өзгерту оңай, себебі ол сұйық фазада.
Біртекті катализаторлардың диффузиялық қасиеті жоғары. Бұл барлық реагенттер мен катализатор бір сұйық фазада болғандықтан және дұрыс араластыру катализатордың реакция қоспасы бойына дұрыс диффузиясына әкеледі. Біртекті катализаторларда әдетте нақты анықталған белсенді учаскелер болады. Бұл катализатор қосылысының бетінде әрекеттесуші заттар байланысатын көптеген тиісті белсенді учаскелер бар екенін білдіреді және реакция сол белсенді жерлерде жүреді.
Гетерогенді катализатор дегеніміз не?
Гетерогенді катализаторлар реакция қоспасының фазасынан басқа фазадағы каталитикалық қосылыстар болып табылады. Бұл катализаторларды заттың барлық үш фазасында табуға болады: қатты фаза, сұйық фаза немесе газ фазасы. Гетерогенді катализаторларда каталитикалық қалпына келтіру оңай және арзан, өйткені катализатор реакция қоспасының фазасынан басқа фазада болады. Гетерогенді катализаторлардың жалпы мысалдары: металдар, металл оксидтері және т.б.
2-сурет: реакция қоспасы сұйық фазада, ал катализатор қатты фазадағы металл
Гетерогенді катализаторлардың термиялық тұрақтылығы біртекті катализаторлармен салыстырғанда өте жақсы. Бұл катализаторлар 250-500◦C шамасында жоғары температура жағдайында тиімді әрекет етеді. Біртекті катализаторлармен салыстырғанда каталитикалық белсенділік те жоғары. Алайда әрекеттесуші заттардың селективтілігі біртекті катализаторларға қарағанда нашар. Гетерогенді катализаторлардың белсенді учаскелері нақты анықталмаған. Бұл селективтілікті азайтады.
Қатализатор мен реакция қоспасы екі фазада болғандықтан, катализатордың бетінің ауданы төмен болса, гетерогенді катализатордың диффузиялық қасиеті нашар болады. Бірақ катализаторды бөлу әдетте қарапайым. Сонда катализаторды қайта өңдеу де оңай.
Біртекті және гетерогенді катализатордың айырмашылығы неде?
Біртекті және гетерогенді катализатор |
|
| Біртекті катализаторлар реакция фазасына түсетін заттармен бір фазадағы каталитикалық қосылыстар. | Гетерогенді катализаторлар реакция қоспасының фазасынан басқа фазадағы каталитикалық қосылыстар. |
| Фаза | |
| Біртекті катализаторларды көбіне сұйық фазада табуға болады. | Гетерогенді катализаторларды барлық үш фазада табуға болады; қатты фаза, сұйық фаза немесе газ фазасы. |
| Термиялық тұрақтылық | |
| Біртекті катализаторлардың термиялық тұрақтылығы нашар. | Гетерогенді катализаторлардың термиялық тұрақтылығы жақсы. |
| Катализаторды қалпына келтіру | |
| Біртекті катализаторларды алу қиын және қымбат. | Гетерогенді катализаторларды алу оңай және арзан. |
| Белсенді сайт | |
| Біртекті катализаторлардың белсенді жері жақсы анықталған және таңдау қабілеті жақсы. | Гетерогенді катализаторлардың белсенді аймағы дұрыс анықталмаған және селективтілігі нашар. |
| Катализаторды қайта өңдеу | |
| Біртекті катализаторларды қайта өңдеу қиын. | Гетерогенді катализаторларды қайта өңдеу оңай. |
| Катализаторды бөлу | |
| Біртекті катализаторды реакция қоспасынан бөлу қиын. | Гетерогенді катализаторды реакция қоспасынан бөлу оңай. |
| Температураға тәуелділік | |
| Біртекті катализаторлар төмен температура жағдайында (250◦C төмен) жақсы жұмыс істейді. | Гетерогенді катализаторлар жоғары температура жағдайында (шамамен 250-500◦C) жақсы жұмыс істейді. |
| Катализаторды өзгерту | |
| Біртекті катализаторларды өзгерту оңай. | Гетерогенді катализаторларды өзгерту қиын. |
Қорытынды – біртекті және гетерогенді катализатор
Катализаторлар – қысқа уақыт аралығында оңтайлы өнім беру үшін белгілі бір реакцияның реакция жылдамдығын арттыра алатын қосылыстар. Біртекті катализаторлар және гетерогенді катализаторлар деп аталатын катализаторлардың екі негізгі түрі бар. Біртекті және гетерогенді катализаторлардың негізгі айырмашылығы - біртекті катализаторларды әрқашан сұйық фазада табуға болады, ал гетерогенді катализаторларды заттың барлық үш фазасында табуға болады; қатты фаза, сұйық фаза және газ фазасы.
