Лит.: Баландин А. А., Мультиплетная теория катализа, ч, 1—2, М., 1963—64; Волькенштейн Ф. Ф., Электронная теория катализа на полупроводниках, М., 1960: Catalysis, ed. P. Н. Ernmett, v. 1—7, N. Y., 1954—60; Ашмор П.., Катализ и ингибирование химических реакций, пер. с англ., М., 1966; Томас Дж., Томас У., Гетерогенный катализ, пер. с англ.. М., 1969; Киперман С. Л., Введение в кинетику гетерогенных каталитических реакций, М., 1964; Боресков Г. К., Катализ в производстве серной кислоты, М. — Л., 1954; Крылов О. В., Катализ неметаллами, Л., 1967; Основы предвидения каталитического действия. Труды IV Международного конгресса по катализу, т. 1—2, М., 1970.
Г. К. Боресков.
Изменение энергии реакционной системы вдоль пути реакции. А — исходное состояние; состояния, соответствующие образованию: В — промежуточного соединения, С — конечных продуктов, X1 , X'2 , Х"2 , X3 — активных комплексов.
Катализаторы
Катализа'торы, вещества, изменяющие скорость химических реакций посредством многократного промежуточного химического взаимодействия с участниками реакций и не входящие в состав конечных продуктов (см. Катализ ). К. повсеместно распространены в живой природе и широко используются в промышленности. Более 70% всех химических превращений веществ, а среди новых производств более 90% осуществляется с помощью К. Различные К., выпускаемые промышленностью, классифицируются по типу катализируемых реакций (кислотно-основные, окислительно-восстановительные); по группам каталитических процессов или особенностям их аппаратурно-технологического оформления (например, К. синтеза аммиака, крекинга нефтепродуктов, К. для использования в псевдоожиженном слое); по природе активного вещества (металлические, окисные, сульфидные, металлоорганические, комплексные и т.д.); по методам приготовления. Некоторые виды К., используемых в промышленности, приведены в табл. При помощи белковых К. — ферментов — осуществляется обмен веществ у всех живых организмов.
Некоторые промышленные катализаторы
| Процессы и их особенности | Катализаторы и их некоторые характеристики |
| Крекинг нефтепродуктов | Синтетические аморфные и кристаллические (цеолиты) алюмосиликаты, в том числе с добавками окислов редкоземельных элементов. |
| системы с плотным движущимся слоем | Катализатор в форме шариков диаметром 3—6 мм |
| системы с псевдоожиженным слоем | Микросферический катализатор, размер частиц 0,08—0,2 мм |
| Риформинг — получение высокооктановых бензинов и ароматических углеводородов | Платина (0,2—0,6%) на окиси алюминия с добавками хлора, фтора, редких металлов; цилиндрические гранулы или шарики размером 2—3 мм |
| Конверсия природного газа и др. углеводо- родов с водяным паром для получения водорода | Никель (5—25%) на термостойком носителе (обычно на основе окиси алюминия); цилиндри- ческие гранулы, кольца и шары размером 10—20 мм |
| Получение водорода из окиси углерода и водяного пара | Окисные железохромовые катализаторы (6—9% Cr2 O3 ); рабочая температура 350—500 °C, относительно устойчивы к действию сернистых соединений. Смеси окислов меди, цинка, алю- миния, железа и др.; рабочая температура 200—250 °С, остаточное содержание окиси угле- рода по сравнению с железохромовыми К. снижается с 1,5—2,5 до 0,2—0,3%; легко отрав- ляются серой и требуют тщательной очистки газа |
| Синтез аммиака | Металлическое железо, промотированное окислами алюминия, кальция, калия и др. |
| Окисление двуокиси серы в производстве серной кислоты | Ванадиевые катализаторы на носителях (обычно силикатных), активное вещество имеет состав V2 O5 mMe3 O. nSO3 (Ме—щелочной металл); цилиндрические и сферические гранулы, таблетки, кольца размером 5—12 мм |
| Окисление аммиака в производстве азотной кислоты | Металлическая платина (сетка), сплавы платины с некоторыми металлами, реже катализато- ры на основе окислов (кобальта, висмута, железа) |
| Окисление этилена в окись этилена | Серебро, пористое металлическое или на инертных носителях |
| Окисление нафталина во фталевый ангид- рид | Пятиокись ванадия, плавленая или на носителях (промотированная сульфатами щелочных металлов) |
| Синтез метилового спирта из окиси угле- рода и водорода | Окисные цинк-хромовые катализаторы: рабочая температура 375—400 °С, давление 20—30 Мн /м2 (200—300 кгс/см2 ). Катализаторы, содержащие медь; рабочая температура 250°C, давление 5 Мн /м м2 (50 кгс/см2 ) |
| Синтез этилового спирта методом прямой гидратации этилена | Фосфорная кислота на кремнеземистом носителе |
| Синтез ацетальдегида из ацетилена | |
| гомогенный процесс Кучерова | Водный раствор сульфата ртути |
| гетерогенный процесс | Фосфаты кальция и кадмия |
| Синтез ацетальдегида из этилена, гомо- генный процесс | Водный раствор хлоридов палладия и меди |
| Дегидрирование бутана, изобутана, изо- пентана до олефинов и диолефинов (про- изводство мономеров для синтетического каучука) | Окисные алюмохромовые и железохромовые, кальций-никель-фосфатные и др. катализа- торы; часто используют в псевдоожиженном слое |
| Гидрирование бензола в циклогексан (фе- нола в циклогексанол) в производстве капролактама | Никель (35—50%) на носителях. Для коксохимического бензола — сульфиды никеля, ко- бальта, молибдена, вольфрама; сульфидные катализаторы не отравляются серусодержащими соединениями |
| Гидрирование жиров | |
| суспендированный катализатор | Никелевые и никель-медные катализаторы в виде высокодисперсного порошка (черни) или на носителе |
| стационарный слой катализатора | Никель на носителях, сплавные или спечённые никелевые катализаторы |
| Синтез винилхлорида из ацетилена | Хлорная ртуть (сулема) на активированном угле |
Важнейшим свойством К. является специфичность действия: каждая химическая реакция или группа однородных реакций может ускоряться только вполне определёнными К. Наиболее ярко специфичность К. проявляется в том, что они могут определять направление реакции— из одних и тех же исходных веществ в зависимости от вида К. образуются различные продукты. Например, из смеси окиси углерода и водорода в присутствии разных К. можно получить метан, смесь жидких углеводородов, высокомолекулярные твёрдые углеводороды, смеси кислородсодержащих соединений различного состава, метиловый или изобутиловый спирты и др. продукты. Мерой специфичности К. служит избирательность (селективность); её оценивают отношением скорости целевой реакции к общей скорости превращения исходных веществ в присутствии данного К. Другим важным показателем каталитических свойств веществ является каталитическая активность, выражаемая в виде разности скоростей одной и той же реакции, измеренных при прочих равных условиях в присутствии и в отсутствие К. Каталитическая активность относят к единице массы, объёма, концентрации или поверхности К. Активность, отнесённую к 1 м2 поверхности К., называют удельной каталитической активностью. Если без К. реакция практически не идёт, за меру активности принимают скорость реакции в определённых условиях, отнесённую к единице количества данного К. Из-за специфичности К. сравнивать каталитическую активность веществ можно только по отношению к одной и той же реакции. В прикладных исследованиях активность К. часто выражают в виде производительности — количества полученного продукта (или прореагировавшего вещества) в единицу времени на единицу объёма К., а избирательность — в виде выхода целевого продукта по отношению к теоретически возможному.
