不均一触媒反応において、ラングミュアは触媒への吸着の役割を説明しました .接触触媒作用とは、触媒表面への反応分子の吸着を指します。触媒作用の吸着の概念は、気体状態の反応物が固体触媒の表面に吸着されると主張しました。反応のペースは、反応物の表面濃度を増加させることによって加速されます。触媒の表面への反応物の吸着は、生成物を分解して放出する活性な複合体を生成すると考えられています。
触媒作用とは?
触媒作用は、反応中に化学的に変化しない物質の存在により、反応速度が変化する (増加または減少する) プロセスとして定義されます。触媒とは、反応速度に影響を与える物質を指します。触媒は正 (反応速度を増加) または負 (反応速度を減少) することができます。
触媒の特徴
<オール>さまざまな種類の触媒作用
触媒反応には次の 3 種類があります。
a) 自己触媒。
b) 均一系触媒作用。
c) 不均一触媒作用。
a) 自己触媒作用
自己触媒作用は、反応プロセスの生成物の 1 つが触媒として機能している間に発生します。
b) 均一触媒作用
均一系触媒作用は、触媒と反応物がすべて同じ物理的状態にある触媒プロセスです。
c) 不均一触媒作用
不均一系触媒作用は、触媒の相が反応物と異なる場合の一種の触媒作用として定義できます。表面触媒作用または接触触媒作用と呼ばれることもあります。不均一系触媒のメカニズムは、この仮説を使用して説明されます。この理論は、従来の触媒への吸着を組み合わせたものです。 中間化合物形成の概念を持つ理論。
ほとんどの不均一系触媒は固体ですが、ほとんどの反応物は気体または液体です。不均一系触媒作用は、さまざまなエネルギーおよび化学産業で不可欠です。 1918 年、フリッツ ハーバーとカール ボッシュは不均一系触媒作用に関する研究でノーベル化学賞を受賞し、1932 年にはアーヴィング ラングミュア、2007 年にはゲルハルト エルトルが受賞しました。
吸着
吸着は、不均一系触媒作用の前提条件であることがよくあります。 触媒への吸着 は発熱反応であり、プロセス中に発生する熱は、反応物間の結合を溶解または破壊するためにも使用され、それによって新しい結合が促進されます。中間化合物の生成は、均一系触媒作用を説明します。この反応では、触媒と反応物の両方が同じ段階にあります。
触媒への吸着 不均衡な引力による固体または液体の塊ではなく、表面での分子の濃度を指します。表面に吸着する分子種は吸着質と呼ばれ、吸着が起こる物質は吸着剤と呼ばれます。
(i) 木炭は O2、H2、C12、および NH3 ガスを吸着します。
(ii) シリカゲルは空気中の水分子を効果的に吸収します。
脱着は、このプロセスの逆です (吸着物が吸着剤から分離します)。 触媒への吸着 は吸着物であり、支持体は吸着剤です。
異種触媒メカニズム:
表面吸着仮説によると、不均一系触媒作用には 5 段階のプロセスが必要です。
ステップ 1:表面への反応物質の拡散:
反応物分子は、固体触媒表面を拡散します。表面反応速度は、バルク吸収と境界層のサイズに影響されます。
ステップ 2:反応物の吸着
表面への反応物分子の物理吸着が最初に発生します。その後、それらは化学吸着されます。反応物が触媒表面に吸着されると、結合が形成されます。これらの分子は、アクセス可能な吸着サイトに吸着されます。表面に適用される原子または分子のポテンシャルは、放射的に粘着係数と呼ばれます。
ステップ 3:化学反応:
隣接する化学吸着分子が反応して生成物を形成します。反応物が表面に付着すると、相互作用して中間分子を形成する可能性が高くなります。外部では、原子と分子の間に結合が発達します。
ステップ 4:製品の脱着:
これは、吸着プロセスの逆です。得られた分子は、反応後、最初に表面に化学吸着されます。このプロセスに続いて、遷移化学物質が表面から脱着され、追加の分子をさらに吸着できるようになります。製品が脱着するにつれて結合が壊れます。この時点で、物理吸着と表面からの最終的な分離が発生します。
ステップ 5:製品のリリース:
表面からの製品分子の拡散があります。その後、遷移化学物質は崩壊して最終生成物を生成し、最終的に触媒の内部細孔と外部表面から拡散します。その後、分子は触媒の表面から吸着されます。
吸着の応用
- 高真空環境を作り出すこと
- 炭鉱夫は、活性炭を含む防毒マスクを通して呼吸します。有害なガスを吸着する能力があります。
- シリカやアルミニウム ゲルなどの吸着剤は、湿度を下げるのに役立ちます。
- 溶液からの色素除去
- 不均一系触媒作用における触媒中間体です。
- 不活性ガスの分離
- 吸着の指標について
- クロマトグラフィー分析の文脈で。
- 定性分析
結論
表面化学は、腐食などの表面現象を研究する化学のサブフィールドです。触媒作用、結晶化、および同様のプロセスです。不均一触媒作用は、触媒の触媒活性が触媒の表面に集中する表面現象として定義されます。 触媒への吸着 理論は、触媒が表面を与える理由と反応が起こる理由を説明します。反応物は触媒の表面全体に拡散し、触媒の活性部位に吸着します。
