14.7:触媒作用

異種触媒作用

異種触媒作用では、触媒は反応物とは異なる相にある。 反応物の少なくとも一つは、反応物中の化学結合が弱くなり、その後壊れるような方法で吸着と呼ばれる物理的なプロセスで固体表面と相互作用しま 毒は触媒に不可逆的に結合する物質であり、反応物質が吸着して触媒の効率を低下または破壊するのを防ぎます。,不均一な触媒作用の例は、水素ガスとNi、Pd、またはPtなどの金属表面との相互作用である。 図\(\PageIndex{2}\)の一部(a)に示すように、水素–水素結合が壊れ、金属表面に個々の吸着された水素原子が生成されます。 吸着原子は表面上を移動することができるので、二つの水素原子が衝突し、その後脱離と呼ばれる逆のプロセスで表面を残すことができる水素ガスの分子を形成することができます。 金属表面に吸着されたH原子は、水素分子よりも実質的に反応性が高い。, 比較的強いH-H結合(解離エネルギー=432kJ/mol)はすでに破壊されているため、H2のほとんどの反応のエネルギー障壁は触媒表面では実質的に低い。

図\(\PageIndex{2}\):不均一触媒上のエチレンの水素化。 水素分子が触媒表面に吸着すると、H–H結合が壊れ、新しいM–H結合が形成される。 個々のH原子はガス状のH2よりも反応性が高い。, エチレンの分子が触媒表面と相互作用すると、段階的なプロセスでH原子と反応して最終的に放出されるエタンを生成する。 (CC BY-NC-SA;anonymous)

図\(\PageIndex{2}\)は、エチレンなどのアルケンの二重結合に水素原子を加え、C–C単結合を含む生成物、この場合はエタンを与える水素化と呼ばれるプロセスを示している。, 食品業界では、長鎖のアルケンからなる植物油を、アルキル鎖を含むより商業的に価値のある固体誘導体に変換するために水素化が使用されている。 例えば、多価不飽和植物油中の二重結合の一部の水素化は、マーガリン、融点、質感、およびバターのものと同様の他の物理的性質を有する製品を生成する。

工業的な不均一触媒反応のいくつかの重要な例は、表\(\PageIndex{1}\)にある。, これらの反応のメカニズムは、ここで説明した単純な水素化反応よりもかなり複雑であるが、それらはすべて、固体触媒表面への反応物の吸着、吸着種の化学反応(時には多くの中間種を介して)、および最終的に表面からの生成物の脱着を含む。

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