Селективность катализатора

Селективность катализатора – характеристика катализатора, выражающаяся в том, что катализатор ускоряет химические превращения реагента в сторону образования определённого продукта из ряда возможных.

Свойство ка­тализатора направлять химический процесс в сторону образования определенного продукта объясняется следующим. Вещества, которые способны превращаться с образованием различных продуктов, могут образовывать на разных каталитически активных центрах активированные комплексы различной конфигурации. Раз­ница в конфигурациях активированного комплекса приводит к изменению направления процесса и образованию различные продуктов. Так, например, оксид алюминия катализирует реакцию дегидратации спиртов, а медный катализатор – дегидрирование их; из смеси СО + Н₂ на медном катализаторе получается метанол, а на никелевом – метан. Следует отметить, что из нескольких возможных реакций катализатор ускоряет не обязательно термодинамически наиболее выгодную, т.е. ту, для которой убыль энергии Гиббса максимальна.

Селективность гетерогенных катализаторов может достигаться также и за счет их пористой структуры. Так, например, в случае узкопористых цеолитов, в которых размер сквозных пор меньше 1нм, а активные центры располагаются внутри структуры, в продуктах каталитического алкилирования толуола метиловым спиртом обнаруживается только п-ксилол, наименее разветвленный изомер, который проходит сквозь поры. А более объемные о- и м-ксилолы не образуются из-за стерических затруднений при образовании соответствующих активированных комплексов.

Наряду со свойством селективности, катализатор обладает еще и такой характеристикой как избирательность, т.е. способность катализировать превращение определенных соединений данного класса. Это свойство называют иногда «селективностью по реагенту». Оно может быть обусловлено тем, что на катализаторе именно это соединение образует активированный комплекс, а для других существуют те или иные ограничения. Например, на цеолитах линейные алканы вступают в каталитическую реакцию: дегидририруются и ароматизируются, тогда как разветвленные не претерпевают превращений, поскольку активные центры для них недоступны.

В подавляющем большинстве случаев в присутствии катализатора, помимо основной реакции, протекает еще ряд побочных параллельных или последовательных реакций. Доля прореагировавших исходных веществ с образованием целевых продуктов, выраженная в процентах или относительных единицах, характеризует селективность катализатора. Она зависит не только от природы катализатора, но и от параметров каталитического процесса, поэтому ее следует относить к определенным условиям проведения реакции. В нефтепереработке селективность иногда условно выражают как отношение выходов целевого и побочного продуктов, например, как бензин/газ, бензин/кокс или бензин/ газ+кокс.

Рекомендуемая литература

О.В. Крылов. Гетерогенный катализ. М.: 2004. Академкнига, 2004.680 с.

Химическая энциклопедия. М.: 1990, Изд-во «Советская энциклопедия». Т.4