Curs 2 Cataliz i catalizatori

Postulatele lui Vant Hoff

1. Un catalizator nu poate influena o reacie imposibil din punct de vedere termodinamic, motiv pentru care este obligatoriu studiul termodinamicii reaciei respective.G0 = - RT ln K2. Orice cretere a constantei de echilibru a unei reacii favorizate de prezena unui catalizator este nsoit de creterea constantei de echilibru a reaciei n sens invers. Este argumentul ce se folosete pentru a susine afirmaia cum c prezena unui catalizator ntr-un mediu de reacie mrete viteza cu care reacia chimic tinde ctre echilibru.3. Un anumit reactant sau mai muli reactani pot reaciona dup direcii diferite funcie de natura catalizatorului.Exemplu: HCOOH = H2O + CO ( catalizatori oxizi)HCOOH = H2 + CO2 ( catalizatori metalici) Catalizatorul confer selectivitate i steroselectivitate.Stereoselectivitatea se refer la formarea preferenial ntr-o reacie chimic a unui stereoizomer fa de altul4. Modul de aciune al unui catalizator este diferit funcie de condiiile chimice n care acioneaz

Proprietile catalizatorului: Activitatea Selectivitatea Stabilitatea

Activitatea catalizatorului

Activitatea catalizatorului reprezint capacitatea catalizatorului de a modifica viteza de reacie. Ea se poate exprima prin: Cantitatea, in moli, de reactant transformat n unitatea de timp pe unitatea de suprafa a catalizatorului- activitate intrisec Cantitatea, n moli, de reactant transformat in unitatea de timp de unitatea de mas/ volum a catalizatorului- activitate specific Numrul de molecule tarnsformate n unitatea de timp pe centru active numar de ciclu ( turnover number)Indiferent de modul de exprimare a activitii catalitice, aceasta nu poate fi conceput independent de cinetica procesului studiat. Pentru un anumit proces chimic, activitatea catalitic depinde de o multitudine de parametric ai procesului ct i de proprietile fizice ale catalizatorului. Ea este funcie de concentraia catalizatorului, a activatorilor, a reactanilor, a produilor de reacie i a impuritilor, de temperatur i presiune, de suprafaa specific a catalizatorului, de raza medie a porilor i de diametrul mediu al granule de catalizator, de viteza liniar a fluxului de reactant gazos, de masa molecular a reactanilor i a produilor de reacie. Determinarea experimental a activitii catalitice funcie de un anumit parametru, se face meninnd constant celelalte variabile independente menionate.

Activitatea catalitic se poate determina, de exemplu, cu ajutorul urmtoarelor metode: Metoda static n sisteme nchise Metoda dinamic n sisteme deschise Metoda cromatografic cu impuls

Activitatea catalitic i viteza de reacie Efectul practice al prezenei catalizatorului este acela de a accelera viteza de reacie comparative cu aceeai reacie care se desfoar termic( sute i mii de ori )Activitatea catalizatorului (creterea vitezei de reacie) poate fi explicat astfel:Fie reacia: A +B AB* ProduiAceast reacie, n prezena catalizatorului se desfoar conform schemei : A + C AC AC + B AB + CDeci catalizatorul formeaz cu unul din reactani un produs intermediary (AC), care ulterior reacioneaz cu cellalt reactant ( B) ducnd l produsul final (AB) Compusul intermediary trebuie s fie instabil, bogat n energie liber ( n caz contrar reacia se oprete la prima faz i n acest caz C devine un simplu reactant ) Rezult c viteza de reacie depinde de viteza de formare i de descompunere a compusului intermediar

Fie reacia monomolecular care decurge dup schema: n prezena catalizatorului aceeai reacie are loc dup schema:

La echilibru r2= r3, adic compusul intermediar AC se formeaz i se descompune cu viteze egale.Fie C1 cantitatea total de catalizator C - cantitatea de catalizator neutilizat n reacie AC cantitatea de catalizator blocat

Atunci vom avea : n condiia r2 = r3 :

i deci :

Rezult deci c timpul de existen al compusului intermediar AC depinde de viteza sa de transformare. S considerm dou cazuri limit:Fie reacia ireversibil AB care, n prezena catalizatorului ( C) formeaz un compus intermediar Z :

Viteza i sensul procesului vor fi determinate de valorile constantelor k2 i k3 : Dac k2 >> k3, reacia se va desfura cu vitez foarte mic, iar compusul Z este denumit complex intermediar de tip Arrhenius Dac k2